ZHCAEN8 October 2024 SN74AC2G100 , SN74AC2G101 , SN74AC3G97 , SN74AC3G98 , SN74AUP1G57 , SN74AUP1G58 , SN74AUP1G97 , SN74AUP1G98 , SN74AUP1G99 , SN74LVC1G57 , SN74LVC1G58 , SN74LVC1G97 , SN74LVC1G97-EP , SN74LVC1G97-Q1 , SN74LVC1G98 , SN74LVC1G98-EP , SN74LVC1G98-Q1 , SN74LVC1G99 , SN74LVC1G99-Q1 , SN74LVC2G100
引言
可配置邏輯門與 FPGA、MCU 或 CPLD 產品等可編程邏輯器件之間的主要區別在于，可配置邏輯器件不包含任何用于配置用途的存儲器或保險絲。可配置邏輯門是集成的組合邏輯電路，提供單個布爾邏輯函數，但可用于根據輸入的連接方式生成各種邏輯函數。組合邏輯電路始終保持不變，只有該功能的使用部分發生變化。每個可配置的函數編號提供一個獨特的邏輯真值表，該表可巧妙地用于生成多種邏輯函數。共有五個主要的可配置邏輯函數編號：'57、'58、'97、'98、'99。另外還有兩個 D 型觸發器，它們包括由 '100 和 '101 函數表示的可配置邏輯。
如今的許多汽車動力總成架構需要多個柵極驅動器，才能高效穩定地運行功率 MOSFET。為確保正常運行，邏輯器件用于這些柵極驅動器周圍來控制各種故障情況，這些通常包括 PWM 形式的過流和過熱檢測信號。根據系統要求，通常會使用各種不同的邏輯器件（包括觸發器、緩沖器、反相器和邏輯門）來完全實施此 PWM 控制邏輯。但是，借助可配置的邏輯產品，上述許多函數都可以集成到單個芯片中，從而可顯著節省布板空間、整合 BOM 和降低電源電流消耗。
可配置的邏輯器件還在所有輸入上包括施密特觸發輸入架構。特別是在慢速邊沿和瞬態電壓尖峰很常見的汽車應用中，許多邏輯電路需要多個外部施密特觸發緩沖器來承受嘈雜或慢速數字邏輯信號。包含施密特觸發架構可以更好地整合邏輯，從而節省更多布板空間。
可配置邏輯門
| 可配置函數編號 | 完整的布爾方程 |
|---|---|
| 57 | A?C+B?C |
| 58 | !(A?C+B?C) |
| 97 | A?C+B?C |
| 98 | !(A?C+B?C) |
| 99 | (A?C+B?C)⊕D |
大多數邏輯器件的器件型號采用以下形式：SN74xxyyy，其中 xx 是系列，yyy 是函數編號。可配置邏輯器件的函數編號中還包含獨立邏輯函數（或門）的數量，其中 1G 表示一個通道，2G 表示兩個通道，3G 表示三個通道。示例器件型號為 SN74LVC1G57，這是 LVC 邏輯系列的單通道 '57 可配置邏輯門。
在本文檔中，每個器件的輸入都采用通用標記（A、B、C 等）。實際的引腳名稱可能會有所不同。如需了解更多信息，請參閱相應的數據表。在本文檔中，上劃線 (A) 和感嘆號 (!) 可以互換使用，用于表示布爾非操作。
| 函數名稱 | 布爾方程 | 57 | 58 | 97 | 98 | 99 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 與 | A?B | ? | ? | ? | ||
| 帶有一個反相輸入的與 | A?B | ? | ? | ? | ? | |
| 與非 | A?B | ? | ? | ? | ||
| 帶有一個反相輸入的與非 | !(A?B) | ? | ? | ? | ? | |
| 或 | A+B | ? | ? | ? | ||
| 帶有一個反相輸入的或 | A+B | ? | ? | ? | ? | |
| 或非 | A+B | ? | ? | ? | ||
| 帶有一個反相輸入或非 | !(A+B) | ? | ? | ? | ? | |
| 異或 | A?B+A?B | ? | ? | |||
| 異或非 | A?B+A?B | ? | ? | |||
| 2 線至 1 線數據選擇器 | A?C+B?C | ? | ? | |||
| 具有反相輸出的 2 線至 1 線數據選擇器 | !(A?C+B?C) | ? | ? |
可配置邏輯器件分為多個邏輯系列。表 3 展示了每個系列可用的函數。表中展示了三個可能的值：85°C、125°C 和 AEC-Q100。前兩項表示符合目錄標準的器件，其最高環境工作溫度為所列值。第三項表示具有 125°C 最高工作溫度的汽車級器件。對于具有多個選項的器件，僅顯示三項中的最高等級。
| 系列 | 57 | 58 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 通道 | 1 通道 | 1 通道 | 3 通道 | 1 通道 | 3 通道 | 1 通道 | 2 通道 | 2 通道 | |
| AC | 125°C | 125°C | 125°C | 125°C | |||||
| AUP | 85°C | 85°C | 85°C | 85°C | 85°C | ||||
| LVC | 125°C | 125°C | AEC-Q100 | 125°C | AEC-Q100 | 125°C | AEC-Q100 | AEC-Q100 | AEC-Q100 |
- AC - 器件型號示例：SN74AC2G100
- 電壓范圍 (VCC)：1.5 至 5.5V
- 輸出電流 (IOL)：在 5.5V 時為 75mA，持續時間最多 2ms
- 電源電流 (ICC)：20μA
- 可用等級：通用
- 專有特性：正輸入鉗位二極管
- AUP - 器件型號示例：SN74AUP1G57
- 電壓范圍 (VCC)：0.8V 至 3.6V
- 輸出電流 (IOL)：4mA
- 電源電流 (ICC)：0.9μA
- 專有特性：輸入端可耐受高達 3.6V 的過壓，具有部分斷電保護 (Ioff)
- LVC - 器件型號示例：SN74LVC3G98
- 電壓范圍 (VCC)：1.65V 至 5.5V
- 輸出電流 (IOL)：32mA
- 電源電流 (ICC)：10μA
- 專有特性：輸入端可耐受高達 5.5V 的過壓，具有部分斷電保護 (Ioff)
示例邏輯方程簡化
在此應用中，用戶希望實現一個邏輯函數，表達式為 X = G?H。利用德摩根定律，該布爾方程也可以寫為 X = !(G+H)。這些方程也可以分別表示為“帶有一個反相輸入的與”和“帶有一個反相輸入的或非”。請參閱表 2，我們可以看到，'58、'97、'98 和 '99 函數都適用于此應用程序。對于本示例，我們隨意選擇了 '58 函數。
為了進行演示，我們逐步完成將 '58 可配置邏輯門的完整布爾邏輯方程轉換為期望函數 X = G?H 所需的每個步驟。使用可配置邏輯門通常不需要這樣做，因為數據表提供了包含相應邏輯表和圖的完整函數列表。
'58 函數的布爾方程為： Y = !(A?C+B?C). 通過將 A 設置為邏輯低電平，可以使用以下步驟將方程簡化為 Y = C?B：
- Y = !(A?C+B?C) [起始方程]
- Y = !(L?C+B?C) [A 設置為低電平]
- Y = !(H?C+B?C) [L = H]
- Y = !(C+B?C) [同一律]
- Y =!(C+B) [簡化，C+B?C = C+B]
- Y = C?B [德摩根定律]
- X = G?H [最終簡化方程]
具有可配置邏輯輸入的 D 型觸發器
圖 1 '100 D 型觸發器的功能方框圖
圖 2 '101 D 型觸發器的功能方框圖TI 提供了兩種具有可配置邏輯輸入的 D 型觸發器型號。'100 函數在數據輸入端包括超可配置的 '99 函數，而 '101 函數在時鐘輸入端提供相同的超可配置 '99 函數。'100 和 '101 函數的可配置邏輯塊相同，生成布爾邏輯 Y = (A?C+B?C)⊕D。
這些觸發器可以根據應用需求集成簡單的邏輯函數，可以用于數據輸入或時鐘輸入。此類邏輯的最常見應用是器件的電源時序，因為可配置邏輯提供了各種配置，用于在各種條件下鎖存電源。
應用：軟件控制的鎖存按鈕
圖 3 應用原理圖在此應用中，我們使用 SN74AC2G101 創建一個電路來生成鎖存按鈕，該按鈕可通過內部信號進行狀態選擇和禁用。我們將 SN74AC2G101 配置為在時鐘引腳上具有 2 輸入或門，如圖 3 所示。此配置可以在通過 IN 信號按下按鈕時選擇輸出狀態，并且能夠通過 DISABLE 輸入來禁用按鈕。此電路有多種配置，但在本例中，輸入的配置方式是：在 DISABLE 端口處于高電平狀態時，阻止檢測按鈕輸入。