74HC123AN 中文资料概述

74HC123AN 是一款高速CMOS双路再触发单稳态多谐振荡器（Dual Retriggerable Monostable Multivibrator）。它属于74HC系列集成电路，以其低功耗、高抗干扰能力和相对高速的特点，在数字逻辑电路设计中占据重要地位。这款芯片常用于脉冲生成、定时延迟、频率分频以及脉冲整形等应用场景。理解74HC123AN的工作原理、电气特性和应用方法，对于设计稳定可靠的数字系统至关重要。

1. 74HC123AN 概述与主要特性

74HC123AN是TI（德州仪器）、NXP（恩智浦）、ST（意法半导体）等众多知名半导体厂商生产的通用逻辑IC。它的核心功能是产生一个可控宽度的输出脉冲。与传统的单稳态多谐振荡器不同，74HC123AN的再触发特性允许在输出脉冲尚未结束时接收新的触发信号，从而延长输出脉冲的持续时间。这种特性使得它在需要灵活脉冲控制的应用中表现出色。

其主要特性包括：

• 双路独立单稳态多谐振荡器： 芯片内部集成两个完全独立的单稳态单元，每个单元都可以独立配置和触发，从而在单个封装中实现两路脉冲生成功能，有效节省PCB空间和成本。

• 再触发能力： 这是74HC123AN的一大亮点。当输出脉冲仍在进行中时，如果再次接收到有效的触发信号，输出脉冲的计时器会重新开始计数，从而延长输出脉冲的宽度。这在需要连续脉冲或者对输入脉冲进行“展宽”处理时非常有用。

• 可编程输出脉冲宽度： 输出脉冲的宽度由外部连接的电阻（R_EXT）和电容（C_EXT）的值共同决定。用户可以通过选择不同阻值和容值的外部元件，精确调整所需的脉冲宽度，从而实现高度的灵活性和可调性。

• 多种触发方式： 每个单稳态单元都支持多种触发方式，通常包括下降沿触发（A输入）、上升沿触发（B输入）和低电平有效清除/复位输入（CLR）。这种多样化的触发机制使得芯片能够适应不同的输入信号类型和控制需求。

• CMOS工艺： 采用CMOS技术制造，这意味着它具有低功耗的特点，非常适合电池供电或对功耗有严格要求的应用。同时，CMOS工艺也赋予其较高的噪声容限和宽泛的工作电压范围。

• 宽工作电压范围： 通常支持2V至6V的电源电压，使其能够与各种数字逻辑系列（如TTL、CMOS）兼容，并广泛应用于不同的供电环境中。

• 快速传播延迟： 尽管是CMOS器件，但74HC123AN的传播延迟相对较低，能够满足大多数中低速数字系统的时序要求。

2. 引脚配置与功能

理解74HC123AN的引脚功能是正确使用它的前提。以下是其典型引脚配置及功能描述（以标准16引脚DIP/SOIC封装为例，引脚名称可能因制造商而异，但功能是通用的）：

重要提示： CLR引脚在没有复位需求时，必须连接到VCC（高电平），否则芯片可能无法正常触发。

3. 工作原理与触发机制

74HC123AN的核心是一个利用RC充放电回路来决定脉冲宽度的单稳态电路。其工作原理可以概括为：当接收到有效的触发信号时，内部的定时器开始计时，并驱动输出端发生翻转。在计时期间，无论再接收到多少触发信号，只要输出脉冲尚未结束，计时器都会重新开始计数。

每个单稳态单元都包含A、B两个触发输入端，以及一个CLR复位输入端。其触发逻辑如下：

• A输入下降沿触发： 当B输入为高电平，且CLR输入为高电平（即未复位）时，A输入端的下降沿会触发单稳态多谐振荡器。此时，Q输出变为高电平，Q非输出变为低电平。

• B输入上升沿触发： 当A输入为低电平，且CLR输入为高电平（即未复位）时，B输入端的上升沿会触发单稳态多谐振荡器。同样，Q输出变为高电平，Q非输出变为低电平。

• CLR输入复位： 无论当前单稳态多谐振荡器处于何种状态，只要CLR输入变为低电平，Q输出将立即被强制为低电平，Q非输出被强制为高电平，并且定时器复位。这允许外部强制终止脉冲。

再触发机制的详细解释： 当一个输出脉冲被触发后，RC充电过程开始。如果在RC充电完成之前（即输出脉冲宽度期内），再次出现一个有效的触发信号，那么RC充电过程会重新开始，而不是产生一个新的脉冲。这意味着输出脉冲的持续时间会被延长，直到在RC充电过程中没有新的触发信号出现，并且RC充电完成。这种特性在需要对连续的、不规则间隔的输入脉冲进行“展宽”处理，或者需要实现脉冲延长的应用中非常有用。

4. 脉冲宽度计算与外部元件选择

74HC123AN的输出脉冲宽度(TW)由外部电阻(REXT)和外部电容(CEXT)的值决定。这是一个近似的计算公式，具体系数可能因制造商和工作电压略有不同，但通用形式为：

TW≈K×REXT×CEXT

其中：

• TW：输出脉冲宽度，单位为纳秒(ns)、微秒(μs)或毫秒(ms)。

• REXT：外部电阻，单位为欧姆(Ω)或千欧(kΩ)。通常建议选择10 kΩ到1 M$Omega$之间的电阻值，以保证稳定的计时。电阻值过小可能导致电流过大，电阻值过大可能受漏电流影响导致精度下降。

• CEXT：外部电容，单位为皮法(pF)、纳法(nF)或微法(μF)。应选择高质量、低漏电流的电容，例如陶瓷电容（小容量）或聚酯薄膜电容（大容量）。电解电容不推荐用于精确计时，因为其漏电流较大且容量稳定性较差。

• K：一个比例常数，其值通常在0.45到0.7之间，具体数值需要查阅所选芯片制造商的数据手册（Datasheet）。例如，TI的74HC123可能推荐K≈0.45，而NXP的可能推荐K≈0.47。这个系数还会受到电源电压VCC的影响，通常在数据手册中有详细的曲线图或表格说明。

外部元件选择的注意事项：

• 电阻R_EXT： 应连接在R_EXT引脚和VCC之间。不要将R_EXT直接连接到GND。

• 电容C_EXT： 应连接在C_EXT引脚和GND之间。

• 电阻和电容的范围： 通常，数据手册会给出推荐的R_EXT和C_EXT范围。超出这些范围可能导致脉冲宽度不稳定、不准确或芯片无法正常工作。例如，C_EXT通常建议不低于100 pF，以减少寄生电容的影响。

• 温度漂移： R_EXT和C_EXT的温度系数会影响脉冲宽度的稳定性。在需要高精度的应用中，应选择低温度系数的元件。

• 漏电流： 电容的漏电流会影响脉冲宽度精度，特别是当C_EXT值较大或脉冲宽度较长时。因此，选择低漏电流的电容非常重要。

5. 典型应用电路

74HC123AN的应用非常广泛，以下是一些典型的应用场景和电路配置：

5.1. 脉冲生成器

这是74HC123AN最基本的应用。通过合适的R_EXT和C_EXT选择，可以生成特定宽度的单次脉冲。

• 电路连接： 将CLR引脚连接到VCC。选择A或B作为触发输入，另一个触发输入根据需要连接。例如，如果使用A输入下降沿触发，则B输入应连接到VCC；如果使用B输入上升沿触发，则A输入应连接到GND。R_EXT连接在R_EXT引脚和VCC之间，C_EXT连接在C_EXT引脚和GND之间。

• 触发方式： 可以通过一个按键（去抖动后）、传感器输出或另一个逻辑门的输出作为触发源。

• 输出： Q或Q非输出可用于驱动LED、蜂鸣器、继电器或其他数字逻辑电路。

5.2. 定时器/延迟电路

利用74HC123AN的脉冲生成功能，可以实现精确的定时延迟。当一个事件发生后，经过设定的延迟时间再触发另一个事件。

• 电路连接： 与脉冲生成器类似，配置R_EXT和C_EXT以获得所需的延迟时间。

• 工作原理： 输入信号触发74HC123AN，使其输出一个宽度等于所需延迟时间的脉冲。当这个脉冲结束后（即Q输出从高电平变为低电平，或Q非输出从低电平变为高电平），即可触发下一个事件。

5.3. 频率分频器（结合外部逻辑）

虽然74HC123AN本身不是专门的频率分频器，但通过与外部计数器或触发器结合，可以实现频率分频。例如，可以将其配置为在每个N个输入脉冲后产生一个输出脉冲。

5.4. 脉冲整形器

将宽度不规则的输入脉冲转换为宽度固定、干净的输出脉冲。这在处理噪声信号或从模拟信号中提取数字脉冲时非常有用。

• 电路连接： 将不规则脉冲作为触发输入（例如A输入）。

• 工作原理： 74HC123AN的再触发特性允许它在接收到新的触发信号时延长当前的输出脉冲。但是，如果输入脉冲的宽度变化很大，并且需要一个固定宽度的输出脉冲，可以通过将74HC123AN的输出接到下一个逻辑门，或者合理配置R_EXT和C_EXT，确保即使在再触发的情况下也能维持稳定的脉冲宽度。对于简单的脉冲整形，只需确保输入脉冲的最小宽度足以触发74HC123AN，并且在触发后，内部定时器独立计时并产生预设宽度的脉冲。

5.5. 丢失脉冲检测器

利用再触发特性，可以检测输入脉冲序列中是否有丢失的脉冲。

• 电路连接： 将待检测的脉冲序列连接到触发输入（例如A输入）。

• 工作原理： 将74HC123AN的脉冲宽度设定为略大于正常输入脉冲周期。如果输入脉冲正常，每次新的脉冲到来都会重新触发74HC123AN，使其输出一直保持高电平。一旦某个脉冲丢失，74HC123AN的计时器将完成计数，Q输出变为低电平，表示有脉冲丢失。

6. 电气特性与操作限值

查阅74HC123AN的数据手册是了解其电气特性和操作限值的最重要步骤。这些参数决定了芯片的性能和可靠性。主要参数包括：

• 电源电压（VCC）： 74HC系列通常在2V到6V之间。超出此范围可能损坏芯片。

• 高电平输入电压（VIH）/低电平输入电压（VIL）： 决定了芯片正确识别逻辑高电平和逻辑低电平的电压阈值。

• 高电平输出电压（VOH）/低电平输出电压（VOL）： 决定了芯片输出逻辑高电平和低电平时的电压值。

• 高电平输入电流（IIH）/低电平输入电流（IIL）： 输入引脚在不同逻辑状态下的漏电流。

• 高电平输出电流（IOH）/低电平输出电流（IOL）： 输出引脚在驱动负载时的最大电流能力。这决定了芯片可以驱动的LED、其他逻辑门等负载的数量。

• 传播延迟时间（tPLH/tPHL）： 信号从输入端传播到输出端所需的时间。这个参数对于高速系统设计非常重要。

• 最小触发脉冲宽度： 触发输入信号必须保持有效状态的最小时间，以确保芯片正确识别触发。

• 建立时间/保持时间： 对于某些触发方式，可能需要满足建立时间和保持时间要求。

• 功耗（ICC）： 芯片在静态和动态工作时的电流消耗。

• 工作温度范围： 芯片正常工作的环境温度范围，通常有商业级（0°C至70°C）、工业级（-40°C至85°C）和军用级（-55°C至125°C）。

• 存储温度范围： 芯片在不通电状态下可以安全存储的温度范围。

绝对最大额定值（Absolute Maximum Ratings）： 这是芯片在不造成永久性损坏的情况下可以承受的最大应力。在任何情况下，操作都不能超过这些值。例如，输入电压不能超过VCC+0.5V或低于GND-0.5V。长时间或反复在绝对最大额定值下操作可能影响芯片的可靠性。

7. 设计考虑与注意事项

在使用74HC123AN进行电路设计时，除了上述基本原理和特性外，还需要考虑以下几个方面：

• 电源去耦： 在VCC和GND引脚附近放置一个0.1$muF到1mu$F的去耦电容。这有助于滤除电源噪声，确保芯片稳定工作，尤其是在高速开关时。

• 未使用的输入引脚处理： 未使用的输入引脚（如未用的A、B、CLR输入）必须连接到VCC或GND，而不是悬空。悬空输入容易受到噪声干扰，导致芯片误触发或功耗增加。

• 外部元器件的选择：

• R_EXT： 选择金属膜电阻，以获得更好的精度和稳定性。确保电阻的功耗额定值足够。

• C_EXT： 对于精确计时，应选择聚丙烯（Polypropylene）、聚酯薄膜（Polyester Film）或COG/NPO陶瓷电容。电解电容的容量误差大，漏电流高，不适合精确计时。

• 温度对RC的影响： 温度变化会影响电阻和电容的实际值，从而影响脉冲宽度。在宽温度范围应用中，需要选择温度系数低的元件或进行温度补偿。

• 输出负载： 确保74HC123AN的输出电流能力（IOH/IOL）足以驱动所连接的负载。如果需要驱动较大电流的负载（如继电器线圈），应通过额外的驱动电路（如晶体管）进行缓冲。

• 输入信号质量： 确保输入触发信号是干净、无抖动的，并且满足最小脉冲宽度和上升/下降时间要求。如果输入信号有毛刺或噪声，可能需要增加RC滤波器或施密特触发器进行预处理。

• 长脉冲产生： 对于需要产生几秒甚至几分钟的长脉冲，R_EXT和C_EXT的值会非常大。此时，需要特别注意C_EXT的漏电流，因为它会对脉冲精度产生显著影响。可以考虑使用低漏电流的钽电容或组合使用多个小电容来达到所需容量。另一种方法是使用分频器与74HC123AN配合，或者选择专门用于长定时时间的定时器IC（如555定时器）。

• 再触发的应用： 充分利用74HC123AN的再触发特性。例如，在看门狗定时器应用中，如果系统持续发送“心跳”信号，74HC123AN就会被持续再触发，输出保持稳定；一旦心跳信号停止，74HC123AN的输出就会翻转，指示系统异常。

• 功耗管理： 虽然74HC系列功耗较低，但在电池供电等对功耗敏感的应用中，仍需注意静态功耗和动态功耗。减少不必要的开关次数和使用适当的R_EXT/C_EXT值有助于降低功耗。

8. 74HC123AN 与其他单稳态多谐振荡器的比较

在选择单稳态多谐振荡器时，了解74HC123AN与其他常见芯片的异同有助于做出最佳选择：

• 与555定时器： 555定时器是最常见的定时IC之一，可以配置为单稳态模式。

• 优点： 555价格低廉，功能多样，可以产生较长的定时时间。

• 缺点： 555的精度相对较低，尤其是温度稳定性不如74HC123AN；需要更多的外部元件来配置触发逻辑和复位功能；其输出驱动能力可能不如74HC系列。此外，555是模拟IC，对电源噪声更为敏感。

• 再触发： 555通常没有原生的再触发功能，需要额外的逻辑来实现。

• 总结： 对于简单的、对精度要求不高的长定时应用，555可能更经济。对于数字系统中的精确短脉冲生成和再触发需求，74HC123AN更具优势。

• 与CD4098B（CMOS）： CD4098B也是一款双路可再触发的单稳态多谐振荡器，属于CD4000系列CMOS逻辑IC。

• 优点： 与74HC123AN功能类似，具有再触发功能。

• 缺点： CD4098B通常比74HC123AN更慢（传播延迟更大），驱动能力可能稍弱，且引脚配置可能有所不同。其工作电压范围可能更宽（通常3V-15V），但在5V电压下，74HC123AN通常更快。

• 总结： 在对速度要求不高，或需要更宽工作电压范围的低速CMOS系统中，CD4098B可能是替代选择。在追求更高速度和与标准74HC逻辑系列兼容性时，74HC123AN更优。

• 与TTL系列（如74LS123）： 74LS123是TTL系列的对应型号。

• 优点： 历史悠久，应用广泛。

• 缺点： 功耗相对较高；输入阻抗较低，需要考虑电流灌入/拉出能力；抗噪声能力不如CMOS系列；工作电压范围通常限于5V。

• 总结： 74HC123AN在大多数现代数字设计中已取代了TTL型号，因为它提供更低的功耗、更高的噪声容限和更宽的工作电压范围。

9. 故障排除

当74HC123AN电路不按预期工作时，可以检查以下几个方面：

• 电源连接： 确认VCC和GND连接正确，并且电源电压在规定范围内。

• 去耦电容： 检查电源引脚旁的去耦电容是否正确安装，容量是否合适。

• CLR引脚： 确保CLR引脚在不复位时连接到VCC。如果悬空或接错，芯片可能无法触发。

• R_EXT和C_EXT连接： 检查外部电阻和电容是否正确连接，并且值在推荐范围内。R_EXT通常接在R_EXT引脚和VCC之间，C_EXT接在C_EXT引脚和GND之间。

• 外部元件质量： 检查R_EXT和C_EXT的实际值是否与标称值一致，特别是C_EXT是否存在漏电流或容量衰减。

• 触发信号：

• 信号电平： 检查触发信号（A或B）的逻辑电平是否满足VIH/VIL要求。

• 信号质量： 检查触发信号是否有毛刺、抖动或过慢的上升/下降沿。必要时使用示波器观察。

• 触发逻辑： 确认触发A和B输入引脚的逻辑组合是否符合芯片的触发条件（例如，A下降沿触发时B必须为高电平，B上升沿触发时A必须为低电平）。

• 最小脉冲宽度： 触发信号的持续时间是否满足芯片数据手册中规定的最小脉冲宽度要求。

• 输出负载： 检查输出引脚是否过载，即连接的负载电流是否超过了芯片的IOL/IOH能力。过载会导致输出电压跌落，甚至损坏芯片。

• 芯片损坏： 在排除所有外部原因后，如果问题仍然存在，可能是芯片本身损坏。可以尝试更换新的芯片进行测试。

• 引脚焊接： 检查所有引脚是否有虚焊、短路或连接错误。

10. 总结与展望

74HC123AN作为一款经典的CMOS双路再触发单稳态多谐振荡器，凭借其灵活的脉冲宽度可调性、再触发能力、低功耗和高抗干扰性，在各种数字电路应用中扮演着重要角色。从简单的脉冲生成到复杂的时序控制，它都是工程师们值得信赖的选择。

随着半导体技术的发展，虽然更集成、更智能的微控制器和FPGA能够实现更复杂的时序逻辑，但对于一些简单、成本敏感、对功耗要求较高的固定功能应用，如按钮去抖、简单的定时器、脉冲整形等，74HC123AN依然是高效、可靠且经济的解决方案。理解其核心工作原理、电气特性和应用技巧，将帮助工程师们在设计中更好地利用这款通用逻辑IC的强大功能。