【硬件设计】硬件学习笔记一--元器件的介绍与选型

写在前面：本篇笔记来自王工的硬件工程师培训课程，想要学硬件的同学可以去腾讯课堂直接搜索，以下是我对知识点的总结归纳，硬件的学习还是建议大家多去看元器件手册，多动手实操。

一、电阻

1.1 电阻的分类

常用贴片电阻有三种基本类型:金属膜电阻、薄膜贴片电阻及厚膜贴片电阻，这三种电阻表面上看起来很相似，并且可能具有类似的采购规格。

• 制造工艺的区别:厚膜电阻一般采用丝网印刷工艺，薄膜电阻采用的是真空蒸发、磁控溅射等工艺方法。厚膜电阻和薄膜电阻在材料和工艺上的区别直接导致了两种电阻在性能上的差异。
• 厚膜电阻一般精度较差，10%，5%，1%是常见精度，而薄膜电阻则可以做到0.01%万分之一精度，0.1%千分之一精度等。
• 同时厚膜电阻的温度系数上很难控制，一般较大，同样的，薄膜电阻则可以做到非常低的温度系数，这样电阻阻值随温度变化非常小，阻值稳定可靠。所以薄膜电阻常用于各类仪器仪表，医疗器械，电源，电力设备，电子数码产品等。

1.2 电阻的选型

考虑的因素

• 参数: 阻值、精度、额定功率（封装）、额定电压、最高工作电压、温度系数
• 老化系数: 电阻器在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻器寿命长短的参数。
• 噪声: 包括热噪声和电流噪声两部分。

具体选择

• 计算所需电阻的阻值，计算电阻器消耗的功耗，要留有一定裕量。根据阻值和功耗选择合适的系列和封装。根据算出的阻值，选择最接近的标称值电阻;根据功耗需求，选择合适的封装。
• 尽量选择常用，低成本的或者BOM中公用的电阻。比如对于一些对阻值不敏感的应用场合，如上拉或下拉电阻，可以选取BOM中已有的电阻，以降低BOM中的元件种类。

二、电容

定义：电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。

电容的本质是存储电荷与释放电荷:

实际电容等效为：

实际的电容具有ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）。
关于定义可以看这篇文章：
关于电容 ESR，ESL的理解

2.1 陶瓷电容

定义：

陶瓷电容(ceramic capacitor）是以陶瓷为介质的电容器的统称，又称为陶瓷介质电容和瓷介电容。

特点：

• 优点:耐高压、绝缘性好、性能稳定;
• 缺点:容量小;

陶瓷电容种类：

• 一类为温度补偿型NPO介质
  NPO又名COG，电气性能最稳定，基本上不随温度、电压、时间的改变，属超稳定型、低损耗电容材料类型，适用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中
• 二类介电常数型X7R介质
  X7R是一种强电介质，因而能制造出容量比NPO介质更大的电容器。这种电容器性能较稳定，随温度、电压时间的改变，其特有的性能变化并不显著，属稳定电容材料类型，使用在隔直流、耦合、旁路、滤波电路及可靠性要求较高的中高频电路中。
• 三类为半导体型X5R介质
  X5R具有较高的介电常数，常用于生产比容较大、标称容量较高的大容量电容器产品。但其容量稳定性较X7R，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感，主要用在电子整机中的振荡、耦合、滤波及旁路电路中。

分类符号由三部分组成，第一部分为最低工作温度，第二部分为最高工作温度，第三部分为随温度变化的容差。

2.2 钽电容

定义:

用金属钮经过阳极氧化的氧化物作为介质的一种电解电容;

分类:
液钮电容和固钮电容;直插式钮电容和贴片钮电容;

特点:

• 温度性能好;ESL小，几乎为零;体积小;ESR比同额定电压的铝电解电容小;
• 价格高;
• 耐电压能力差，高温降额使用，应用于电源滤波、低频旁路和信号耦合。

2.3 铝电解电容

定义:

电解电容是一种金属通过阳极氧化形成良好绝缘的致密氧化膜作为介质的电容。金属有铝、钽、铌、钛。因此，电解电容分为铝电解电容、钽电解电容等。

特点：
• 容量大、体积大；
• 频率特性差，在高频率下等效容量很小；
• 漏电流比较大；
• ESL大、ESR大；
• 在极高温和极低温下，性能极不稳定；
• 应用于电源滤波、低频旁路和信号耦合；

2.4 电容选型

考虑的参数：

• 容量和误差:实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。
  在选型上注意精度等级，用字母表示:D——±0.5%，F——士1%，G——±2%，J——±5 %，K——±10%，M—±20%。
• 额定工作电压:电容器在电路中能够长期稳定、可靠工作，所承受的最大直流电压。
• 绝缘电阻:表示漏电大小，一般绝缘电阻越大越好，漏电越小越好，电解电容的绝缘电阻一般较小。
• 温度系数:在一定温度范围内，温度每变化1℃，电容量的相对变化值。温度系数越小越好。
• 频率特性:电容器的电参数随电场频率而变化的性质。在高频条件下工作的电容器，由于介电常数在高频时比低频时小，电容量也相应减小。损耗也随频率的升高而增加。
• 等效串联电阻（ESR):损耗较大产品的ESR较大;随着容量的增大，产品的ESR将变小;钽电容的ESR特别小。

选择方法

根据下面的公式：

选择合适的电容，使特定频率下，阻抗最小，便于滤波。

三、电感

3.1 定义与介绍

定义：

电感是闭合回路的一种属性，是一个物理量。当电流通过线圈后，在线圈中形成磁场感应,感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。
它是描述由于线圈电流变化，在本线圈中或在另一线圈中引起感应电动势效应的电路参数。电感是自感和互感的总称。提供电感的器件称为电感器。
两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

作用：

• 通直流、阻交流
• 阻碍电流的变化，保持器件工作电流的稳定
• 滤波

特性：
直流信号通过线圈时的电阻就是导线本身的电阻，压降很小;
当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过。
所以电感器的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。

阻抗 Z = 2πfL，
f：频率，单位赫兹，Hz
L：感值，单位亨利，H

电容的阻抗Z = 1/(2πfC) ， C是容值
因此电容的频率越大，阻抗越小。

滤波器：
所以由电容与电感的特性可以设计出低通滤波器与高通滤波器

3.2 电感的分类

电感常用的可以分为以下几种：

还有一种贴片电感：

3.3 电感的参数

电感量：

电感用L表示，基本单位是H（亨利），工程中电感单位是μH与mH。

电感量反应了电感储存磁场能的本领。它的大小与电感线圈的匝数、几何尺寸、有无磁心（铁心）、磁心的导磁率有关。用于高频电路的电感量相对较小，用于低频电路的电感量相对较大。

额定电流：
电感器长期工作不损坏所允许通过的最大电流。
对相同电感量的电感器，绕制线圈的线径越粗，电感器的额定电流也就越大
带有磁芯的电感器工作电流过大时，将引起电感量降低、线圈烧毁。

直流电阻（DCR）：
电感器线圈绕组的直流内阻在$10^{-3}-10^2$Ω的数量级。

• 同一系列电感器的电感量越大，则线圈匝数越多，内阻相应也就越大；
• 对相同匝数的电感而言，绕制线圈所用的导线直径越大，则内阻越小；
• 相同电感量的电感，其内阻越小越好；
• 线圈导线的含铜量越高，则电感的内阻越小。

铝线电感、“铜包铁”电感在降低生产成本的同时，电感内阻大幅增加。

电感量较大的电感内阻可用万用表低阻挡测试；太小的电感内阻只能通过专门的毫欧表或数字电桥进行精确测量。

品质因素（Q）：

品质因数定义为电感存储能量与消耗能量的比值，即线圈的感抗与线圈直流内阻之比：

Q值越大，则电感器的功率损耗越小。

误差范围：
除了用于振荡电路的电感器误差需要控制在0.5%以内外，一般电感器的误差范围在±10%～20%都能够接受。
电感器的误差等级如下：

举例：
下图所示小体积贴片电感器的参数标识为4R7M，该只电感的电感量为4.7μH，M表示其误差范围为±20%。

分布电容：
电感器的实际等效模型如下图

分布电容C与自感量L呈并联关系，决定了电感器的固有频率（谐振频率）f0。

为避免自激，应确保电感器的工作频率远小于其固有频率

四、磁珠

4.1 磁珠的介绍

定义：

磁珠、磁环的功能主要是消除存在于传输线结构（电路）中的噪声。

请大家注意到“消除”这两个字。电容本身可以起到滤波的作用，电感和电容相配合也能起到滤波的作用，但这种滤波，并没有真正将噪声消除,而是将噪声接地。

• 磁珠的作用也是滤波，但与电容和电感不同的是，磁珠在一定频带内能反射噪声，在一定频带内还 能吸收噪声并转换为热能。
• 磁珠是一种阻抗随频率变化的电阻器；
  低频下, 阻抗较低；随着频率增加，阻抗逐渐增大并逐渐显示出电阻功能；
  铁氧体磁珠的工作原理是通过阻抗吸收并发热的形式将不需要频段的能量耗散掉，从而滤除噪声

使用例子：

4.2 磁珠的参数

用途：
• 磁珠常串联在电子线路中，用于抑制线路中的噪声。
• 电源线
• 高频线路，如时钟线、RGB线路
• 振荡回路
• 有震铃信号产生的回路
• 接地回路

规格：

磁珠与电感的区别：

五、二极管

5.1 定义

二级管特性曲线

二级管的使用一般使用其正向导电性和反向击穿特性。

反向击穿分为齐纳击穿与雪崩击穿。

• 齐纳击穿：是可逆的，即当外加电压撤除后，器件的特性可以恢复。(用于稳压二极管)
• 雪崩击穿：击穿的外加电压值，称为击穿电压。

电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度时，就会使管芯过热而损坏。

漏电流
二极管反向偏时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流(leakage current)。
反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。

二极管的两极之间电容：势垒电容和扩散电容。

反向恢复时间
二极管从导通状态向截止状态转变时，二极管阻断反向电流之前需要首先释放存储的电荷，这个放电时间被称为反向恢复时间,在此期间电流反向流过二极管。
即从正向导通电流为0时到进入完全截止状态的时间。

5.2 稳压管

定义：

稳压二极管，英文名称Zener diode，又叫齐纳二极管。利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的稳压作用的二极管。

特性：

• 稳压二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。
• 齐纳阻抗理想的情况是零，但现实中齐纳二极管具有一定的阻抗。所以，稳压二极管仅在有限的电流范围内进行操作。
  

相关参数：

• V_Z（Nominal Zener Voltage）标称稳定电压：是稳压二极管最重要参数。
• I_ZT 稳定电流: 稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。
• Z_ZT 表示在标称稳压值和标称稳压电流值下的稳压二极管阻抗 。
• I_zk 表示 稳压二极管反向击穿拐点处的电流。
• Z_zk 表示 稳压二极管反向击穿拐点处的阻抗。
• V_R 表示稳压二极管的反向电压
• I_R 表示稳压二极管在反向电压下的漏电流

注意事项：

• 稳压二极管不得进行并联，原因在于将会增加允许的功率耗散。
• 如果两个稳压二极管并联，具有较低稳压电压的二极管将传导大部分电流，所以可能会超出其允许的功率耗散。

应用：
稳压二极管适用于保护电源线、电源控制线，并能保护内部电路和IC免受热插拔等引起的过压影响。

5.3 肖特基二极管

定义：
肖特基二极管：肖特基博士（Schottky）命名的，肖特基势垒二极管
（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。

特性：

• 比一般的PN结二极管具有更低的正向电压。
• 是具有极低的结电容和更快的开关速度（10ns）
• 反向电流比一般的PN结二极管大

应用：

1. 双电源切换
   
2. 逻辑与
   
3. 续流
   

肖特基二极管在电路中反向并联,当电感线圈断电时其两端的电动势并不立即消失,此时残余电动势通过肖特基二极管释放,起这种作用的二极管叫续流二极管。

5.4 发光二极管

性能指标：

• LED的颜色
  LED的颜色是一项非常重要的指标，是每一个LED相关灯具产品必须标明，目前LED的颜色
  主要有红色、绿色、蓝色、青色、黄色、白色等。
• LED的电流
  LED的正向极限(IF)电流多在5-10mA。LED的发光强度仅在一定范围内与IF成正比,当IF>20mA时，亮度的增强已经无法用内眼分出来。
• LED的电压
  通常所说的LED是正向电压,就是说LED的正极接电源正极，负极接电源负极。电压与颜色有关系，红、黄、黄绿的电压是1.7—2.0v之间。白、蓝、翠绿的电压是3.0—3.6v之间.
• LED的反向电压V_Rm
  允许增加的最大反向电压。超过数值，发光二极管可能被击穿损坏。

注意事项：

• 若用直流电源电压驱动发光二极管时，在电路中一定要串联限流电阻，以防止通过发光二极管的电流过大而烧坏管子，注意发光二极管的正向导通压降为1.7～2V。
• 发光二极管的反向击穿电压比较低，一般仅有几伏。因此当用交流电压驱动LED时，可在LDE两端反极性并联整流二极管，使其反向偏压不超过0.7V，以便保护发光二极管。

5.5 TVS二极管

定义：

TVS—瞬态电压抑制器的简称，英文全称Transient Voltage Suppressor Diode。
当TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以ps秒量级的速度将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件免受浪涌脉冲的损坏。

特性：

• 响应速度快(1ps)
• 瞬态功率大
• 漏电流低
• 击穿电压偏差小
• 箝位能力强
• 耐浪涌抑制电压能力特强。

冲击电压测试等级：

相关参数：

• 反向截止电压V_RWM与反向漏电流I_R：反向截止电压V_RWM表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流I_R。
• 击穿电压V_BR：TVS管通过规定的测试电流时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压。
• 最大箝位电压V_C：TVS管流过脉冲峰值电流I_PP时两端所呈现的电压。
• 脉冲峰值电流I_PP：TVS管允许通过的10/1000μs波的最大峰值电流，超过这个电流值就可能造成永久性损坏。
• 动态电阻：R_DYN动态电阻是当ESD保护二极管随着反向电压增加而反向击穿时V_BR和V_C之间V–I曲线的斜率。
• C_T：二极管的等效电容。极间电容会影响TVS的响应时间

选型要点：

• TVS的最大反向钳位电压V_C应小于被保护电路的损坏电压；
• TVS的额定反向关断电压V_RWM要大于或等于被保护电路的最大工作电压，若选用的V_RWM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作；
• 交流电压只能用双向TVS；
• TVS的最大峰值脉冲功率PM必须大于被保护电路可能出现的峰值脉冲功率，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流；
• TVS的PCB布局时，应远离被保护器件，尽量放在靠近接口附近；
• 结电容是影响TVS在高速线路中使用的关键因素。
  

六、三级管与MOS管

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6.1 三级管

关于三级管与MOS管的基础：
【硬件设计】模拟电子基础二–放大电路
器件图样：

三极管的放大作用实质上是用较小的基极电流信号去控制集电极电流的大电流信号，是 “以小控大”的作用，而“不是能量的放大”。

基极-发射极间的压降与二极管的正向压降相同为0.6一0.7V。设计电路时，将晶体管的基极-发射极间电压>0.6V，使基极和发射极之间的二极管导通 ，然后再对电路的其他部分进行计算就可以了。

参数注意h_FE是放大倍数β

应用：

• R1与R3分别是限流电阻，主要是R2的作用
• 一个是下拉，确定状态，另一个放出三极管的寄生电流，
• R1越大，R2越小，三级管的寄生电容越小

计算：

6.2 MOS管

器件图样：
MOS管符号上的三个脚的辨认要抓住关键地方

• G极，比较好认。
• S极，不论是P沟道还是N沟道，两根线相交的就是。
• D极，不论是P沟道还是N沟道，是单独引线的那边。
• 箭头朝里，就是N沟道，朝外，就是P沟道。
• 寄生二极管，N沟道，由S极指向D极；P沟道，由D极指向S极。

参数：
极限参数：

• V_DSS是器件在断开状态下漏极和源极所能承受的最大电压。
• I_D表示漏极可承受的持续电流值，如果流过的电流超过该值，会引起击穿的风险。
• E_AS表示单脉冲雪崩击穿能量，器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的高低。
• P_D表示最大耗散功率，实际功耗应小于此参数并留有一定余量。
  热阻表示热传导的难易程度，热阻越小，表示散热性能越好

使用参数：

• I_DSS表示栅极电压 V_GS=0 ， V_DS 为一定值的漏源漏流，值一般在微安级。
• I_GSS表示栅极驱动漏电流，越小越好。
• V_GS(th)表示的是MOS的开启电压。
• R_DS(ON)表示MOS的导通电阻，通常导通电阻越小越好，其决定MOS的导通损耗，导通电阻越大损耗越大。

等效电容：

• C_iss表示输入等效电容
• C_oss表示输出等效电容
• C_rss表示反向传输电容

使用方向：

MOS管的四区：

非饱和区（可变电阻区）
沟道预夹断前对应的工作区

条件：V_GS > V_GS(th)(导通电压) ，V_DS < V_GS - V_GS(th)
特性：I_D 同时受 V_GS 与 V_DS 的控制。
R_DS等效电阻公式如下：

饱和区（恒流区）
沟道预夹断后对应的工作区。

条件：V_GS > V_GS(th) , V_DS > V_GS - V_GS(th)
特点：I_D 只受 V_GS 控制，而与 V_DS 近似无关。考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随 V_DS的增加略有上翘。

截止区
I_D = 0 以下的工作区域。

条件： V_GS < V_GS(th)
特点：I_G ≈ I_D ≈ 0，相当于 MOS 管三个电极断开。

击穿区
V_DS 增大到一定值时，漏衬 PN 结雪崩击穿，I_D 剧增。

电压通断用MOS管： U_G比U_S应大于10V以上，而且开通时必须工作在非饱和导通状态。

七、逻辑器件

7.1 逻辑器件介绍

硬件电路设计离不开与非门，逻辑驱动器，电平转换器，模拟开关等逻辑器件。熟悉逻辑器件的应用是硬件工程师的一个必备的技能。

逻辑LC用于连接不同的LSI芯片和电路板。它们还用于对逻辑电路进行微小的修改和调整，例如增加信号驱动能力（即缓冲信号)、塑造信号波形、调整信号输出时序以及对系统进行较小的更改。

标准逻辑IC根据其结构（即使用的制造工艺)分为以下具有不同电气特性的类型。目前最为常用的是就兼具低功耗和低成本特点的CMOS逻辑IC.

• TTL(晶体管-晶体管逻辑)
  最初被广泛用作标准逻辑IC的双极逻辑
  相比CMOS逻辑IC，提供更高的电流驱动能力和运行速度，但消耗更多的功率
• CMOS逻辑(CMOS:互补MOSFET)
  结合p沟道和n沟道MOSFET，实现比TTL更低的功耗
  最初比TTL慢，但由于精细的晶圆制造工艺，现在提供比TTL更高的运行速度
• BiCMOS逻辑（双极CMOS)
  输入级和逻辑电路采用CMOS工艺以降低功耗，输出级采用双极晶体管以提高电流驱动能力，MOS双极组合制造工艺复杂，成本高

7.2 逻辑电平的介绍

TTL、CMOS、LVTTL、LVCOMS、CML、ECL、PECL、 LVPECL、 LVDS 、 RS232电平、RS422电平、RS485电平等。

• TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列、3.3V系列，2.5V系列和1.8V系列。
• 5V TTL和5V CMOS逻辑电平是通用的逻辑电平。
• 3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平，常用的为LVTTL电平。
  低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。

TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列、3.3V系列，2.5V系列和1.8V系列。

• 5V TTL和5V CMOS逻辑电平是通用的逻辑电平。
• 3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平，常用的为LVTTL电平。
  低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。

下面的TI官方文档《 Logic Guide》关于逻辑电平的示意图：

• 输入高电平（Vih）： 保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平，当输入电平高于Vih时，则认为输入电平为高电平。
• 输入低电平（Vil）：保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平，当输入电平低于Vil时，则认为输入电平为低电平。
• 输出高电平（Voh）：保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值，逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此Voh。
• 输出低电平（Vol）：保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值，逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此Vol。
• 阀值电平(Vt)： 数字电路芯片都存在一个阈值电平，就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih之间的电压值，对于CMOS电路的阈值电平，基本上是二分之一的电源电压值，但要保证稳定的输出，则必须要求输入高电平> Vih，输入低电平<ViL，而如果输入电平在阈值上下，也就是Vil～Vih这个区域，电路的输出会处于不稳定状态。 对于一般的逻辑电平，以上参数的关系如下： Voh > Vih > Vt > Vil > Vol。
• I_oh：逻辑门输出为高电平时的负载电流（为拉电流）。
• I_ol：逻辑门输出为低电平时的负载电流（为灌电流）。
• I_ih：逻辑门输入为高电平时的电流（为灌电流）。
• I_il：逻辑门输入为低电平时的电流（为拉电流）。
  门电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出作为输出端，这种形式的门称为开路门。开路的TTL、CMOS、ECL门分别称为集电极开路（OC）、漏极开路（OD）、发射极开路（OE），使用时应审查是否接上拉电阻（OC、OD门）或下拉电阻（OE门），以及电阻阻值是否合适。对于集电极开路（OC）门，其上拉电阻阻值RL应满足下面条件：
  （1）拉电流尽可能大
  （2）灌电流尽可能小

7.3 逻辑电平的转换

在实际运用中，有时需要一些逻辑电平的转换，比如将TTl电平转换为CMOS电平，但各逻辑电平的阈值并不相同，因此相互间并非可以直接互连。只有同时满足以下条件时，不同逻辑电平的器件才能直接互连。

• 条件一，发送方VOH大于接收方VIH。
• 条件二，发送方VOL小于接收方VIL。

如下图将1.8V的电平通过IC芯片转化为3.3V的电平

7.4 OC门与OD门

OC（OD）门：开漏输出，简单说就是输出由外部提供，自己只作为一个开关的作用。

I2C是有很多设备线与连接而成，如果采用推挽输出(push-pull)的话，难免会出现下面的情况，一个设备输出高，另外设备输出低，也就是左边设备的PMOS打开而右边设备的NMOS打开，这样就在VCC和GND之间形成短路，此时大的电流会把设备烧毁，后果是灾难性的。这种现象叫bus contention。

开漏输出的特点：

• 利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的功耗。能驱动比芯片电源电压高的负载。
• 可以将多个开漏输出的Pin，连接到一起。形成“与逻辑”关系。
• 接容性负载时，下降延是芯片内的晶体管，是有源驱动，速度较快；上升延是无源的外接电阻，速度慢。如果要求速度高电阻选择要小，功耗会大。所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。
• 可以利用改变上拉电源的电压，改变传输电平。这样你就可以进行任意电平的转换了。

7.5 总线保持

总线保持电路加设在IC的数据输入端。总线保持电路由反馈回路中的两个反向器组成，当输入引脚处于开路状态（即悬空）时保持（锁存）其最后已知的状态。

总线保持电路具有以下两个电气特性：

• 输出：总线保持电流指可供给器件或总线的最小电流；
• 输入：改变总线保持电路中保持的状态所需的最小过驱动电流。
• 当我们需要改变其电平时，需要注意输入的电流

7.6 钳位二极管

为保护逻辑器件，在输入/输出端口与电源Vcc、GND之间，往往内置有钳位二极管，当端口电平超出Vcc或GND时，该二极管能将电平钳位在极限的范围之内，从而避免对器件的损坏。

一般VCC是5V时，钳位二极管的导通电压是0.5V，逻辑器件最大电压一般就是5.5V。

7.7 逻辑器件注意事项

• 逻辑器件最好不要并联，很容易引起短路。
  

• 通常而言，所有未使用的输入端都应连接到VCC或GND。
  由于CMOS逻辑具有非常高的输入阻抗，任何开放的输入端都可能由于周围电场的影响而导致错误的输出值。此外，直通电流可能会在VCC和GND的中点流动，从而导致电流增加，并且在最坏的情况下会导致器件损坏。
  除非数据手册中另有说明，否则所有不具有总线保持能力的输入端。都要接上下拉。

• 在输入侧插入TVS二极管以进行静电(ESD)防护。
  如果施加的电压高于VCC或IC关断时施加电压，则输入端和电源之间的二极管可能会导通。

• 在使用局部掉电功能时，应检查逻辑器件是否有钳位二极管，防止局部掉电时，钳位二极管导通，导致逻辑器件没有断电。

7.8 功耗计算

逻辑器件的功耗分为静态功耗P_s和动态功耗P_L、P_D 。

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