活用RC特性實(shí)現(xiàn)對CMOS數(shù)字IC的輸入保護(hù)

董秀芬

(揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué) 電子工程系，江蘇 揚(yáng)州225009)

電器信號輸入端有時(shí)會出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原輸入電壓的大電壓（靜電或噪聲），此時(shí)有可能損壞半導(dǎo)體IC。因此，對外部信號輸入端子實(shí)施充分的安全保護(hù)是非常必要的。

由一個(gè)電阻和一個(gè)電容組成RC電路，這種電路從頻率軸來看，可作為1次低通濾波器處理。RC低通濾波器的典型應(yīng)用之一是防止機(jī)械開關(guān)、機(jī)械觸點(diǎn)的振蕩。如圖1所示，在此圖中看到在RC之前的波形存在觸點(diǎn)振蕩，而在RC之后的波形中，觸點(diǎn)振蕩消失了。

數(shù)字電路是不希望振蕩的，使用觸發(fā)電路原理上也是為防止振蕩影響電路，簡單的防止對策就是組合RC低通濾波器和施密特觸發(fā)電路。

數(shù)字電路目前幾乎都是CMOS IC,如圖2所示，與IC的輸入端子相串聯(lián)，插入限流電阻R即可。當(dāng)然，接收外部信號時(shí)應(yīng)使用施密特型IC。

此電路采用74系列，用HS CMOS的輸入保護(hù)，通過附加箝位二極管 D1、D2，既使加上大信號，也不能超過IC的最大電流Imax而破壞IC，沒有箝位二極管時(shí)的最大輸入電流約為20 mA左右。

用作限流的阻值取決于所加的最大電壓，實(shí)際上與其他值無關(guān)，以Vinmax=140 V,Imax=10 mA為例(VON=0.7 V,VDD=5 V)，則:

電容C與保護(hù)電阻R相協(xié)調(diào)來濾波噪聲，目的是防止在輸入點(diǎn)產(chǎn)生振蕩，注意輸出信號有延遲（T=RC）。

圖3是C=0時(shí)的輸入波形,產(chǎn)生延遲的R為10 kΩ的高阻值，CMOS IC的輸入電容(幾 pF)及前面二極管的匹配電容都不能忽視。

圖4是 R=10 kΩ,C=0.01 μF時(shí)的輸出波形,td=10kΩ×0.01 μF=100 μs后輸出翻轉(zhuǎn)，這種電路應(yīng)用于消除從外部接入電路的振蕩。

由以上分析可以看出，利用RC的特性對數(shù)字電路中CMOSIC的輸入進(jìn)行保護(hù)，抑制噪聲的效果非常好。此方法可以廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路中，在理論及實(shí)踐性教學(xué)、工程設(shè)計(jì)等方面有很好的應(yīng)用價(jià)值。

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