集成电路应用要注意的问题

四、集成电路应用要注意的问题

集成电路按晶体管的性质可分为TTL和CMOS两大类，TTL以速度见长，CMOS以功耗低而著称。无论是TTL管还是CMOS，使用时除了通过认真阅读产品说明或有关资料来了解其引脚分布及极限参数外，还应注意以下相应问题。

（一）CMOS集成电路使用需注意的几个问题

1.电源问题

①CMOS集成电路的工作电压一般在3～18V，当应用电路中有门电路的模拟应用（如脉冲振荡、线性放大）时，最低电压则不应低于4.5V。由于CMOS集成电路工作电压范围宽，故使用不稳压的电源电路CMOS集成电路也可以正常工作，但是工作在不同电源电压的器件，其输出阻抗、工作速度和功耗是不相同的，在使用中一定要注意。

②CMOS集成电路的电源电压必须在规定范围内，不能超压，也不能反接。

2.驱动能力问题

要提高CMOS电路的驱动能力，除选用驱动能力较强的缓冲器来完成之外，还可将同一个芯片几个同类电路并联起来，这时驱动能力可提高到N倍（N为并联门的数量）。

3.输入端的问题

（1）多余输入端的处理。

CMOS电路的多余输入端绝不允许悬空，因为悬空会使电位不稳定，破坏正常的逻辑关系。另外，悬空时输入阻抗高，易受外界噪声干扰，使电路产生错误动作，而且也极易造成栅极感应静电而击穿。因此，对于多余的输入端应根据电路的逻辑功能需要分情况加以处理。若电路的工作速度不高，功耗也不需特别考虑时，则可以将多余输入端与使用端并联。

（2）输入端接长导线时的保护

在应用中有时输入端需要接长的导线，而长输入线必然有较大的分布电容和分布电感，易形成LC振荡，特别当输入端一旦发生负电压，极易破坏CMOS中的保护二极管。其保护办法为在输入端接一个电阻。

（3）输入端的静电防护

虽然各种CMOS输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待。在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。组装调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。

（4）输入信号的上升和下降时间控制

输入信号的上升和下降时间不易过长，否则一方面容易造成虚假触发而导致器件失去正常功能，另一方面还会造成大的损耗。若不满足此要求，需用施密特触发器件进行输入整形。

（5）CMOS电路的应用

CMOS电路具有很高的输入阻抗，致使器件易受外界干扰、冲击和静电击穿，所以为了保护CMOS管的氧化层不被击穿，一般在其内部输入端接有二极管保护电路，其中R约为1.5KΩ～2.5KΩ。输入保护网络的引入使器件的输入阻抗有一定下降，但仍在100Ω以上。这样也给电路的应用带来了一些限制：

①输入电路的过流保护。CMOS电路输入端的保护二极管，其导通时电流容限一般为1mA，在可能出现过大瞬态输入电流（超过10mA）时，应串接输入保护电阻。例如当输入端接的信号，其内阻很小、引线很长或输入电容较大时，在接通和关断电源时，就容易产生较大的瞬态输入电流。这时必须接输入保护电阻，若VDD＝10V，则取限流电阻为10KΩ即可。

②输入信号必须在VDD到V_SS之间，以防二极管因正向偏置电流过大而烧坏。因此在工作或测试时，必须按照先接通电源后加入信号，先撤除信号后关电源的顺序进行操作。在安装、改变连接、拔插时，必须切断电源，以防元件受到极大的感应或冲击而损坏。

③由于保护电路吸收的瞬间能量有限，太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。所以焊接时电烙铁必须接地，以防漏电击穿器件输入端，一般使用时，可断电后利用电烙铁的余热进行焊接，先焊接地管脚。

④要防止用大电阻串入VDD或V_SS端，以免在电路开关期间由于电阻上的压降引起保护二极管瞬时导通而损坏器件。

4.CMOS的接口电路问题

（1）CMOS电路与运放连接

当和运放连接时，若运放采用双电源，CMOS采用的是独立的另采一组电源；若运放使用单电源，且与CMOS使用的电源一样，则可直接相连。

（2）CMOS与TTL等其他电路的连接

在电路中常遇到TTL电路和CMOS电路混合使用的情况，由于这些电路相互之间的电源电压和输入、输出电平及负载能力等参数不同，所以它们之间的连接必须通过电平转换或电流转换电路，使前级器件的输出的逻辑电平满足后级器件对输入电平的要求，不得对器件造成损坏。逻辑器件的接口电路主要应注意电平匹配和输出能力两个问题，并与器件的电源电压结合起来考虑。分两种情况来说明：

①TTL到CMOS的连接。用TTL电路去驱动CMOS电路时，由于CMOS电路是电压驱动器件所需电流小，因此电流驱动能力不会有问题，主要是电压驱动能力问题。TTL电路输出的高电平的最小值为2.4V，而CMOS电路的输入高电平一般高于3.5V，这就使二者的逻辑电平不能兼容。为此可在TTL的输出端与电源之间接一个电阻R（上拉电阻）可将TTL的电平提高到3.5V以上。

②CMOS到TTL的连接。CMOS电路输出逻辑电平与TTL电路的输入电平可以兼容，但CMOS电路的驱动电流较小，不能够直接驱动TTL电路。为此可采用CMOS/TTL专用接口电路，如CMOS缓冲器CC4049等。经缓冲器之后的高电平输出电流能满足TTL电路的要求，低电平输出电流可达4mA，实现CMOS电路与TTL电路的连接。CMOS与TTL电路的接口电路形式多种多样，实用中应根据具体情况进行选择。

5.输出端的保护问题

①CMOS器件输出端既不允许和电源短接，也不允许和地短接，否则输出级的CMOS管就会因过流而损坏。

②在CMOS电路中除了三端输出器件外，不允许两个器件输出端并接，因为不同的器件参数不一致，有可能导致NCMOS和PCMOS器件同时导通，形成大电流。但为了增加电路的驱动能力，允许把同一芯片上的同类电路并联使用。

③当CMOS电路输出端有较大的容性负载时，流过输出管的冲击电流较大，易造成电路失效。为此，必须在输出端与负载电容间串联一限流电阻，将瞬态冲击电流限制在10mA以下。

（二）TTL集成电路使用需注意的几个问题

1.电源问题

TTL集成电路的电源电压不能高于＋5.5V，使用时不能将电源与地接错，否则会因过大电流而造成器件损坏。

电路的各输入端不能直接与高于＋5.5V或低于－0.5V的内阻电源连接，因为低内阻电源会提供较大的电流，而使器件过热烧坏。

在电源接通时，不要移动或插入集成电路，因电流的冲击可能会造成集成电路永久损坏。

2.输出端保护

输出端不允许与电源或地短接，否则可能造成器件烧坏。但可以通过电阻与地相连接，提高输出高电平。

除三态门和集电计开路外，输出端不允许并联使用。如果双列直插集电极开路的门电路输出要并联使用，而使电路具有与功能时，应在输出端加一个预先计算好的上拉负载电阻到Ucc端。

3.在高速电路中

电源至IC之间存在引线电感及引线间的分布电容，既会影响电路的速度，又易通过共用线段产生级间耦合，引起自激。为此，可采用退耦措施，在靠近IC的电源引出线和地线引端之间接入0.01μF旁路电容器。在频率不太高的情况下，通常只在印刷电路板的插头处，每个通道入口的电源端与地端之间，并联一个10～100μF和一个0.01～0.1μF电容器，前者作低频滤波，后者作高频滤波。

4.多余输入端处理问题

如果是与门、与非门多余输入端，最好别悬空而接电源，如果是或门、或非门，便可将多余输入端接地，也可直接接入或串接1KΩ～10KΩ电阻再接入。前一接法电源浪涌电压可能会损坏电路，后一种接法分布电容将影响电路的工作速度。也可以将多余输入端使用端并联在一起，但是输入端并联后，结电容会降低电路的工作速度，同时也增加对信号的驱动电流的要求。

（三）集成电路装配与焊接要注意几个问题

1.装配的集成电路要符合电路要求

集成电路的种类是比较多的，所以在选用装配的集成电路时，要查阅相关资料，正确地选择符合实际电路要求的集成电路。

按电路图对集成电路的引脚顺序放置要求，正确地插装集成电路。

2.集成电路的焊接要规范合理

在焊接扁平型集成电路时，由于其外引出线成型，所以要注意引脚要与印制电路板平行，不得穿引扭焊，不得从根部弯折。

在焊接集成电路时，不得使用功率大于45W的电烙铁进行焊接，且每次焊接的时间不得超过10s，以免损坏集成电路或影响集成电路性能。集成电路引出线间距较小，在焊接时不得相互锡连，以免造成短路。

安装完成之后应仔细检查各引脚焊接顺序是否正确，各引脚有无虚焊及互连现象，一切检查完毕之后方可通电。

3.防止静电损坏集成电路

当要在印刷电路板上插入或拔出大规模集成电路时，一定要先切断电源。

切勿用手触摸大规模集成电路的引脚。

直流电源的接地端子一定要接地。

在存储CMOS集成电路时，必须将集成电路放在金属盒内或用金属箔包装起来。

（四）集成电路的一般检测方法

集成电路的一般检测可采用非在线（集成电路没有接在电路中）与在线（集成电路接在印刷电路板中）检测两种方法。

1.非在线检测各引脚对地电阻

将万用表调至电阻挡，一表笔接集成电路的接地脚，然后用另一支表笔测量各引脚对地正、反向电阻，将读数与正常的同型号集成电路比较，如果相差不多则可判定被测集成电路是好的。集成电路正常电阻参数，可通过正规资料或测量正品集成电路得到。

2.在线电压检测

在印刷电路板通电的情况下，先测集成电路各引脚的电压。大部分说明书或资料中都标出了各引脚的电压值。当测出某引脚电压与说明书或资料中所提供的差距较大时，应先检查与此引脚相关的外围各元器件有无问题。若这些外围元器件正常，再用测集成电路引脚对地电阻的办法进一步判断。在线电压检测时，应注意以下几个方面：

①由于集成电路引脚之间的距离很小，因此测量时要小心，防止因表笔滑动造成两相邻引脚间短路使集成电路损坏。

②要区别所提供的标称电压是静态工作电压还是动态工作电压，因为集成电路个别引脚的电压会随着输入信号的变化而变化。因此在检测试时可把信号断开，然后再观察电压是否恢复正常，电压正常则说明标称电压属动态工作电压。动态电压是在某一特定的条件下测得的，若测试时的接收场强不同或音量不同，动态电压也不一样。

③要注意外围可变元件引起的引脚电压变化，当测出的电压与标称电压不符时，可能是由于该引脚外围电路所连接的是电位器（如音量、色饱和、对比度电位器等）造成的。所以，当出现某一引脚电压与标称电压不符时，可通过转动电位器看能否调到标称值附近。

④要考虑测量的误差，在检测的时候要选择合适的测量工具，尽量减小误差。

（五）集成电路引脚的识别

集成电路的封装，按其封装材料可分为金属、陶瓷、塑料三类，按封装外形可分为扁平封装（表面安装）、圆形封装、双列直插式和单列直插封装等。圆形封装采用金属圆筒形外壳，多为早期产品，适用于大功率集成电路；扁平封装体积较小，稳定性好，有金属、陶瓷及塑料三种外壳；双列直插多为塑料外壳，最为通用，有利于大规模生产进行焊接。

1.圆形金属壳封装

圆形金属壳封装的集成电路外形类似大功率晶体管，体积较大，引脚个数有3、4、5、8、10多种。识别引脚时，将引脚向上，找出其定位标记，通常为锁口突出、定位孔及引脚不规则排列，从定位标记对应引脚开始顺时针方向读引脚序号，如图2－2（a）所示。箭头代表的是引脚排列顺序，1脚旁边的锁口突出为定位标记。

图2－2　圆形金属壳封装与单列直插式封装示意图

图2－3　双列扁平式封装示意图

2.单列直插式封装

单列直插式集成电路一般在端面左侧有一定位标记，这些标记有的是缺角，有的是凹坑色点，有的是空心圆，有的是半圆缺口或短垂线。识别引脚时，将引脚向下，置定位标记于左方，然后从左向右读出引脚序号，如图2－2（b）所示。对没有任何定位标记的集成电路，应将印有型号的一面正对着自己，再按上述方法读出引脚序号。对于双列直插式电路，识别引脚时，将引脚向下，凹槽置于正面左方位置，靠近凹槽左下方第一个脚为1脚，然后按逆时针方向读第2、3…各脚，如图2－2（b）所示。

3.双列扁平式封装

扁平式IC－般在端面左侧有一个类似引脚的小金属片，或者在封装表面上有一个小圆点（或小圆圈、色点）作为定位标记。识别引脚时，将引脚向下，定位标记置于正面左方位置，靠近定位标记左方第一个脚为1脚，然后按逆时针方向读第2、3……各脚，如图2－3所示。

（六）集成电路引脚功能文字符号说明

集成电路引脚功能文字符号说明见表2－4所示。

表2－4　集成电路引脚功能文字符号说明表