数字电路设计盲点实例与对策分析

2011-12-29 11:08

　　【Schmidt Input IC耗电量过高】

　　※现象

　　基本上它是使用多颗74HC系列的IC进行Tinning电路测试，不过实际上却发生耗电量过高问题，耗电量过高对电源为3V定格锂离子电池而言，可说是致命性的困扰，然而简讨导线Layout却未发现任何不妥，因而怀疑是IC初期特性不良所造成，然而更换IC后情况并未改善。

　　※原因分析

　　主要原因是该电路内设有使用Schmidt Input Gate IC所构成的低频振荡电路（图8-1），因此祇要将该Gate IC拔除，耗电量立即大幅下降。换句话说利用单一的Gate制作振荡电路，如何避免频率与Duty比的变化不会造成问题，成为设计上的重点。由于该振荡电路的复归阻抗为1MΩ，因此即使作短路处理理论上祇能获得3V，3μA的电流，不过经过电路振荡后上述电流会提高近100倍左右。

　　※对策

　　为了要验证该振荡电路是造成耗电量增加的推论，因此另外组装电路作测试，该电路使用74HC14与4584 IC，复原阻抗为1MΩ，输入Pin的Tinning电容为0.1μF。表8-1是电源电压变化时的振荡频率变化特性。由于输入Pin的电压非常接近临界（Threshold）电压Level，因此输出反转之前的电流会变大，换句话说以往CMOS低消耗电流的观念，在类似振荡电路等具有模拟要素的电路上未必适用，有鉴于此利用4000号系列标准CMOS临界（Threshold）Input IC4093，取代74HC 132 IC构成的振荡电路，虽然4000号系列标准CMOS逻辑IC的最低动作电压为3V，不过即使该IC的电气特性恶化，电压低于3V也能动作。事实上并非祇有利用临界（Threshold）Input IC构成的振荡电路消耗电流会增加，例如附有大CR时定数的Chartering去除电路，或是将临界（Threshold）Input IC当作无法确定H/L的模拟信号转换成数字信号的Comparator使用时更需注意上述问的题。2～3个Inverter直列并排，再用电阻与电容施加于复归振荡电路，如此一来在振荡的同时就可作模拟性的动作，且74HC系列的IC电流值往往大于预期值。