Перейти к содержанию

VIH, VIL, VOH и VOL

Строка «VIH min 3,15 V» в даташите означает больше, чем кажется: это гарантия только при указанном напряжении питания, а VOH верен только при указанном токе нагрузки. Разберём, как читать эти четыре параметра.

Обновлено Редакция GAW

VIH, VIL, VOH и VOL — четыре параметра логической микросхемы, которыми описывают её уровни в даташите. Два относятся ко входу, два — к выходу:

ПараметрНазвание в даташитеЧто гарантирует
VIHhigh-level input voltageлюбое напряжение не ниже VIH min вход читает как 1
VILlow-level input voltageлюбое напряжение не выше VIL max вход читает как 0
VOHhigh-level output voltageвыход в состоянии 1 не опускается ниже VOH min при указанном токе IOH
VOLlow-level output voltageвыход в состоянии 0 не поднимается выше VOL max при указанном токе IOL

Между VIL max и VIH min лежит неопределённая область: что вход сделает с таким напряжением, производитель не обещает. Разность между уровнем выхода и порогом следующего входа — запас помехоустойчивости; как подобрать пару микросхем по уровням, разобрано в статье «Логические уровни».

Условия в таблице

Числа в даташите верны только вместе с условиями испытаний, и это главное, что упускают при чтении. Пример — SN74HC00 (TI SCLS181H):

УсловиеVIH minVIL max
VCC = 2 В1,5 В0,5 В
VCC = 4,5 В3,15 В1,35 В
VCC = 6 В4,2 В1,8 В

Пороги КМОП-логики растут вместе с питанием. Выходные уровни зависят от тока: при VCC = 4,5 В и токе IOH = −20 мкА выход гарантирует не меньше 4,4 В, а при −4 мА — 3,98 В при 25 °C и 3,84 В во всём диапазоне −40…85 °C. VOL при IOL = 4 мА — не выше 0,26 В при 25 °C и 0,33 В в диапазоне. Отсюда два правила: для расчёта берут столбец рабочего диапазона температур, а не 25 °C, и ток, который выход реально отдаёт в нагрузку. Знак минус у IOH означает ток, вытекающий из вывода.

ТТЛ-пороги у КМОП

У ТТЛ пороги фиксированные: VIH = 2 В, VIL = 0,8 В, а выход SN7400 гарантирует лишь 2,4 В при IOH = −0,4 мА и 0,4 В при IOL = 16 мА (TI SDLS025D). Для КМОП-входа 74HC на 5 В уровень 2,4 В ниже порога 3,15 В, поэтому существует серия 74HCT: КМОП-микросхемы с ТТЛ-порогами 2 и 0,8 В (TI SCLS062F).

У таких входов есть цена. Пока напряжение на КМОП-входе находится между порогами, открыты оба транзистора входного каскада и через них течёт сквозной ток (TI SCBA004E). У SN74HCT00 это записано как ΔICC: при уровне 0,5 или 2,4 В на одном входе потребление растёт на 1,4 мА типично и до 2,4 мА при 25 °C. Долго держать КМОП-вход между порогами, в том числе оставлять его висящим, нельзя: растёт ток, выход может генерировать. Практические схемы и цоколёвка серии — на странице 74HC00 и 74HC14.

Частые вопросы

Почему VIH у 74HC зависит от питания?

Пороги КМОП-входа задаются долей напряжения питания. В даташите SN74HC00 VIH min равен 1,5 В при 2 В питания, 3,15 В при 4,5 В и 4,2 В при 6 В — около 70 % VCC, а VIL max — около 30 %. Поэтому при 5 В выход ТТЛ с гарантированными 2,4 В может не дотянуть до порога 74HC.

Что значит VOH при IOH = −4 мА?

Это уровень, который выход гарантирует, отдавая 4 мА в нагрузку; знак минус означает ток, вытекающий из вывода. У SN74HC00 при 4,5 В питания это не меньше 3,98 В при 25 °C и 3,84 В во всём диапазоне температур. При токе 20 мкА, то есть с одним КМОП-входом в нагрузке, выход почти достигает питания — не ниже 4,4 В.

Зачем нужна серия 74HCT, если есть 74HC?

Чтобы КМОП-логика принимала уровни ТТЛ. У SN74HCT00 VIH min 2 В и VIL max 0,8 В — как у ТТЛ, а выход по-прежнему КМОП. Цена — ток ΔICC: когда на входе ТТЛ-уровень 2,4 В, микросхема потребляет на этот вход до 2,4 мА при 25 °C.

Источники

  1. Texas Instruments. SNx4HC00 Quadruple 2-Input NAND Gates (SCLS181H, December 1982, revised August 2021) — Recommended Operating Conditions: VIH min 1,5 / 3,15 / 4,2 В и VIL max 0,5 / 1,35 / 1,8 В при VCC = 2 / 4,5 / 6 В; Electrical Characteristics: VOH при IOH = −20 мкА не ниже 4,4 В (VCC = 4,5 В), при IOH = −4 мА — 3,98 В при 25 °C и 3,84 В в диапазоне −40…85 °C; VOL при IOL = 4 мА — 0,26 В при 25 °C и 0,33 В в диапазоне; условие испытаний VI = VIH или VIL
  2. Texas Instruments. SNx4HCT00 Quadruple 2-Input Positive-NAND Gates (SCLS062F, November 1988, revised October 2022) — VIH min 2 В и VIL max 0,8 В при VCC = 4,5–5,5 В; VOH при IOH = −20 мкА не ниже 4,4 В; ΔICC — рост тока потребления на вход при уровне 0,5 или 2,4 В: 1,4 мА тип., 2,4 мА макс. при 25 °C, 2,9 мА в диапазоне SN74
  3. Texas Instruments. SNx400, SNx4LS00, SNx4S00 Quadruple 2-Input Positive-NAND Gates (SDLS025D, December 1983, revised May 2017) — входы ТТЛ: VIH = 2 В, VIL = 0,8 В; SN7400: VOH не ниже 2,4 В при IOH = −0,4 мА, VOL не выше 0,4 В при IOL = 16 мА
  4. Texas Instruments. Implications of Slow or Floating CMOS Inputs (SCBA004E, July 1994, revised July 2021) — при переходе входа через пороговую область (0,8–2 В для ТТЛ-совместимых входов) одновременно открыты оба транзистора КМОП-входа и растёт ток потребления; долгое пребывание входа между порогами ведёт к перегреву и генерации выхода

Нашли ошибку?

Смотрите также