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汎用ロジックIC

それぞれの項目をクリックして、回答をご覧ください。

  • 各シリーズの違いについて教えてください。

    以下に汎用ロジックの主要特性を示します。

     

    汎用ロジックの主要特性表
    項目 記号
    (単位)
    VCC
    (V)
    スタンダード ハイスピード アドバンス 5Vロジック
    3.3V低速
    低電圧
    中速
    低電圧
    高速
    TC4011 TC74HC/HCT TC74AC/ACT TC74VHC/VHCT TC74LCX TC74VCX
    電源電圧 VCC
    (V)
    - 3-18 2-6/4.5-5.5 2-5.5/4.5-5.5 2-5.5/4.5-5.5 2-3.6 1.2-3.6
    スピード最大 tpd
    (ns)
    5 200 23/28 8.5/9 8.5/10 - -
    3.3 - - 13/- 13.5/- 6.5 3.5
    2.5 - - - - - 4.2
    1.8 - - - - - 8.4
    出力電流

    IOH
    IOL
    (mA)

    5 ±0.42 ±6/±6 ±24/±24 ±8/±8 - -
    3.3 - - -4,+12/- ±4/- ±24 ±24
    2.5 - - - - - ±18
    1.8 - - - - - ±6
    入力電圧 VIH/
    VIL
    (V)
    5 3.5,1.5 3.5,1.5/2,0.8 3.5,1.5/2,0.8 3.5,1.5/2,0.8 - -
    3.3 - - - 2.3,0.99/- 2,0.8 2,0.8
    3 - - 2.1,0.9/- 2.1,0.9/- 2,0.8 2,0.8
    2.5 - - - - - 1.6,0.7
    1.8 - - - - - 1.17,0.36
    静的消費電流 ICC
    (μA)
    - 7.5 40 80/80 40/40 10 20
    入力トレラント VIN
    (V)
    - 0-5.5/0-5.5 0-5.5 0-3.6
    出力トレラント VOUT
    (V)
    - 無/0-5.5 0-5.5 0-3.6

    • 各シリーズは型番244タイプ(8bit Buffer)の規格値
    • 個別製品や規格が異なることがありますので,各製品の技術資料の規格を優先してください。

    5V系/3V系ともに,入力がLVTTLレベル(VIH/L=2.0/0.8V)であるタイプをラインアップしています。

  • 絶対最大定格と推奨動作条件の違いについて教えてください。

    絶対最大定格
    寿命,信頼性を保つ為に,一瞬たりともこの値を越えてはならない定格値のことです。
    推奨動作条件
    正常動作を保証するための規定であり,使用上この条件を確実に守る必要があります。

    推奨動作条件の各項目の内,どれか1つでも越えた場合,ICの動作保証が出来なくなります。定格内に収まる処置を取るか,ICの選定を再度行ってください。

  • 電源,入力の投入順序/降下はどのようにすればよいですか?

    下の図で,TC74HC/HCTシリーズの入出力等価回路を示します。

    [図:TC74HC/HCTの入出力等価回路]

     

    電源,入力の投入順序は一般に絶対最大定格を満足するため,(1)GNDを接続,(2)Vccを接続,(3)入力信号の接続で行ってください。電源降下の順序は電源投入の逆で行ってください。

    TC74VHC/VHCT,TC74LCX,TC74VCXのような入力トレラント機能(入力から電源へ向かっての順方向となる入力保護ダイオードがない)のある製品は,電源が加わらない状態でも入力信号を印加することが可能です。そのため,(2),(3)の投入順序は必要ありません。ただし,絶対最大定格の入力保護ダイオード電流(IIK)を超える事は出来ません。

  • 汎用CMOSロジックに静電気が印加された場合,どのような不具合が発生しますか?また,その対策方法は?

    帯電した物体より汎用CMOSロジックに静電気が印加された場合,汎用CMOSロジックの破壊が起きる可能性があります。

    汎用CMOSロジックは入力ゲートに用いられるゲート酸化膜が数百Å~千数百Å程度と薄いため,静電気のような数百から数千ボルトの電圧が印加されると電気的に破壊してしまいます。

    これを防ぐため東芝では,汎用CMOSロジックの各入力端子には保護回路を設け,入力ゲートを静電気から保護しておりますが,デバイスに直接放電する状況は避けるべきです。いくら保護回路が備わっていてもデバイスの劣化や破壊が懸念されます。

    [図:外部インタフェース部 静電気の防止策の例]

  • 電源のデカップリングコンデンサは必要ですか?

    スイッチング時に発生するスパイク電流はVcc,GNDの電位を変動させ,出力波形のリンギング,スピード遅延の原因となります。そのため,高周波に対する電源ラインのインピーダンスを低くしておく必要があります。

    具体的にはVcc,GND線は太く短く配線し,Vcc-GND間に高周波フィルタとしてのデカップリングコンダンサ(0.01μF~0.1μF)をIC1個づつに挿入することが理想となります。

    低周波フィルタとしては10μF~100μFを基板毎につけるのが一般的です。

    [図:Vcc-GND間にデカップリングコンダンサを挿入した場合の例]

  • 汎用CMOSロジックの未使用入力はオープンでよいですか?

    CMOSの入力は下の図のように,必ずVccまたはGNDへの接続処理が必要です。CMOSの入力インピーダンスは非常に高く,オープンのままで使用すると,出力が不安定となります。そして,貫通電流による消費電流の増加や誤動作の原因となります。

    一般的に,VccまたはGNDの処理方法による消費電流やノイズによる差はありません。

    [図:入力オープンの例]

    ※入力オープンは,誤動作,故障,破壊の原因のひとつです。

     

    [図:CMOSの入力をVccまたはGNDへ接続処理した例]

    ※空き入力端子は,必ず電源VccかGNDへ接続してください。

  • 汎用CMOSロジックの未使用出力はオープンでよいですか?

    CMOSの未使用出力は,オープンで使用してください。

  • 双方向バスバッファの入出力がフローティングの時はオープンでよいですか?

    74xxx245などの双方向バスバッファは,入出力がフローティング(高インピーダンス状態)の時,外付けのプルアップ抵抗やプルダウン抵抗による入力レベルの固定が必要です。未使用入出力についても必ずVccまたはGNDへの接続処理が必要です。

    バスホールド回路が付いている製品(74VCXHなど)については,外付けのプルアップ抵抗やプルダウン抵抗が不要となります。

  • 汎用CMOSロジックの出力は短絡して使用してもよいですか?

    出力同士を接続したワイアードOR論理構成は,出力がショート状態になるため使用できません。もちろん,出力をVccやGNDにも接続しないでください。

    駆動能力を向上させるため,同一パッケージ内のゲートを下の図のように接続することはできます。

    74AC,74LCX,74VCXシリーズなどの高駆動能力のICを使用することを推奨します。

    [図:ワイアードOR禁止の例と駆動能力向上の例]

  • 汎用CMOSロジックの出力が衝突した場合,ICへの影響がありますか?

    3ステート出力の製品において,出力がともにイネーブル状態で長時間流し続けますと,ICの劣化に結びつく場合がありますので,出力が同時にイネーブルにならないよう設計してください。

    [図:3ステート出力製品の出力衝突]

  • 立ち上がり,立下り時間の遅い入力に規定はありますか?

    汎用CMOSロジックの入力信号の立上がり,立下り時間の上限を推奨動作条件で規定しています。

    出力の発振などによる誤動作を引き起こさない入力信号の立ち上がり,立下り時間の最大値を示します。

    立ち上がり,立下り時間の遅い信号が印加された場合,スイッチング時に発生するスパイク電流によるVcc,GNDラインのリップルにより,出力発振や誤動作をすることがあります。ゲートかバッファの入力でも誤動作や発振することがありますので,特にクロックなどの制御信号には注意が必要です。

    対策としてはシュミット・トリガICを使用します。

     

    推奨動作条件の入力上昇,下降時間の一覧表
    Vcc シリーズ
    ハイスピード アドバンス 5Vロジック
    3.3V低速
    低電圧中速 低電圧高速
    TC74HC TC74AC TC74VHC TC74LCX TC74VCX
    5V 500ns 20ns/V 20ns/V - -
    3.3V - 100ns/V 100ns/V 10ns/V 10ns/V

  • 出力電流は何mA流せますか?

    絶対最大定格の出力電流IOUTで規定しています。1出力当たりの最大流し得る電流値です。

    下記に74xxx244タイプの絶対最大定格の出力電流IOUT,電源/GND電流ICCを示します。電源/GND電流ICC/GNDについては,1個IC当たり最大流し得る電流値のため,8出力合計の電流についてもICC/GNDを超えないようにしてください。

     

    絶対最大定格の出力電流,電源/GND電流(74xx244タイプ)の一覧表
    項目 記号
    (単位)
    シリーズ
    ハイスピード アドバンス 5Vロジック
    3.3V低速
    低電圧中速 低電圧高速
    TC74HC TC74AC TC74VHC TC74LCX TC74VCX
    出力電流 IOUT
    (mA)
    ±35 ±50 ±25 ±50 ±50
    電源/GND電流 ICC/GND
    (mA)
    ±75 ±100 ±75 ±100 ±100

  • ファンアウトの計算方法を教えてください。

    ファンアウトの計算方法は出力電流IOH/IOLを後段ICの入力電流IIH/IILで割った値となります。但し,後段ICがCMOSの場合,CMOSの入力インピーダンスは非常に高いため,直流的にはファンアウトの制限がそれほどないといえます。

    CMOSのファンアウトの計算方法としては,負荷容量(後段ICの入力容量,配線容量)による立上がり,立下り時間の増加を考えます。後段ICの入力立ち上がり,立下り規定を満足しているか,伝送線の反射などにより誤動作しないかの確認が必要です。

  • 出力にコンデンサをつけたいのですが問題ありますか?

    CMOSに大きな容量性負荷を接続すると大きな充放電電流が長時間流れ,誤動作,破壊の原因となります。また,長時間,出力が短絡状態となるため,内部配線の溶断につながります。さらに,電源をオフの時間が速い場合に出力寄生ダイオードに電流が流れる可能性あるため,大きな負荷容量を直接駆動することは避けてください。

    出力端子に接続するコンデンサ,容量性負荷は500pF以下に抑えることを推奨します。それ以上の負荷は図1に示すように抵抗を介して充放電電流を制限してください。

    [図1:大きなコンデンサの出力接続法]

     

    TC4000やTC74HC/ACシリーズなど入力トレラント機能のない製品については,入力についても電源をオフの時間が速い場合に入力保護ダイオードに電流が流れる場合あるため,大きな負荷容量を直接接続することは避けてください。

    入力端子に接続するコンデンサ,容量性負荷は500pF以下に抑えることを推奨します。それ以上の負荷は図2に示すように抵抗を介して接続してください。

    [図2:大きなコンデンサの入力接続法
    TC4000,TC74HC/ACシリーズ]

  • 消費電流,消費電力の計算を教えてください。

    消費電流,消費電力は以下に示します。

     

    消費電流
    ICC(op)=fIN・CPD・VCC+∑fOUT・CL・VCC+ICC
    消費電力
    PD=ICC(op)・VCC
    出力で電流駆動する場合は,下記のPDを加算します。
    PD=(Vcc-VOH)・IOH+VOL・IOL

    数式で使用している記号,単位,項目名の一覧表

    記号 単位 項目
    ICC(op) A 動作電源電流
    fIN Hz 入力周波数
    CPD F 等価内部容量
    VCC V 電源電圧

    ∑fOUT

    Hz 出力周波数
    CL F 負荷容量
    ICC A 静的電源電流
    PD W 消費電力

  • 熱設計はどのようにするか教えてください。

    汎用CMOSロジックの場合,絶対最大定格の許容損失(PD)以内で使用してください。

    ジャンクション(チップ)温度は下記で計算しますが,汎用CMOSロジックの場合,信頼性の寿命計算に使用します。

    Tj=θja・PD+Ta

    Tj=θjc・PD+Tc

    θJa=θjc+θca

     

    [図:パッケージ図の熱抵抗]

     

    数式で使用している記号,単位,項目名の一覧表
    記号 単位 項目
    Tj ジャンクション(チップ)温度
    Tc ケース温度
    Ta 周囲温度
    PD W 消費電力

    θja

    ℃/W ジャンクションから周囲への熱抵抗

    θjc

    ℃/W ジャンクションからケースへの熱抵抗

    θca

    ℃/W ケースから周囲の熱抵抗

  • 入力トレラント機能について教えてください。

    下記に入出力等価回路と入力,出力許容電圧規格を示します。

    トレラントとは「耐性のある」という意味です。入力トレラント機能とは,入力が電源電圧以上に高く設定された時,また,電源Vcc=0Vの時に,入力から電源に向かって電流が流れない機能です。

    入力許容電圧規格については,推奨動作条件の入力電圧に記載されています。入力,出力規格が0~Vccの場合,ダイオードがある回路となるため,Vcc以上の電圧を印加することはできません。

    VHC/LCXの入力電圧は,0~5.5V(入力トレラント機能有)となっていますので,電源電圧に関係なく5.5Vまでの電圧が入力に印加可能です。電源電圧Vcc=3.3Vの場合,5Vから3.3Vのレベル変換ができます。

    VCXの入力電圧は,0~3.6V(入力トレラント機能有)となっていますので,電源電圧に関係なく3.6Vまでの電圧が入力に印加可能です。電源電圧Vcc=1.8Vの場合,3.3Vから1.8Vのレベル変換ができます。

     

    入力,出力等価回路と入力,出力許容規格表
    トレラント機能 入力・出力ともにあり 入力のみあり 入力・出力ともになし
    シリーズ VHCT,LCX,VCX VHC AC/ACT,HC/HCT
    入出力等価回路
    VHCT,LCX,VCXシリーズの入出力等価回路を示した図 VHC,LVXシリーズの入出力等価回路を示した図 AC/ACT,HC/HCTシリーズの入出力等価回路を示した図
    入力許容電圧 動作時 0~5.5V (VCXは3.6V) 0~5.5V (VCXは3.6V) 0~Vcc
    パワーダウン時 0~5.5V (VCXは3.6V) 0~5.5V (VCXは3.6V) 0V (電圧供給不可)
    出力許容電圧 出力イネーブル時 0~Vcc 0~Vcc 0~Vcc
    出力ディセーブル時 0~5.5V (VCXは3.6V) 0~Vcc 0~Vcc
    パワーダウン時 0~5.5V (VCXは3.6V) 0V (電圧供給不可) 0V (電圧供給不可)
    データシートの推奨動作条件
    項目 記号
    (単位)
    定格 コメント
    TC74VHC TC74LCX TC74VCX
    電源電圧 Vcc
    (V)
    2~5.5 2~3.6 1.65~3.6
    入力電圧 VIN
    (V)
    0~5.5 0~5.5 0~3.6 入力トレラント機能あり
    出力電圧 VOUT
    (V)
    0~Vcc 0~5.5
    (注1)
    0~3.6
    (注1)
    LCXとVCXは出力トレラント機能あり
    0~VCCA
    (注2)
    0~VCCA
    (注2)
    • 注1:出力HZ状態
    • 注2:出力“H”または“L”状態

  • 出力トレラント機能について教えてください。

    出力トレラント機能とは,出力がハイインピーダンスのとき,また,電源Vcc=0Vの時に,出力から電源に向かって電流が流れない機能です。

    出力許容電圧規格については,推奨動作条件の出力電圧に記載されています。出力規格が0~Vccの場合,ダイオードが有る回路(トレラント機能なし)となるため,Vcc以上の電圧を印加することはできません。

    LCXの出力電圧は,0~5.5V@出力=ハイインピーダンス(出力トレラント機能有)となっていますので,電源電圧に関係なく5.5Vまでの電圧が出力に印加可能です。 Vcc=3.3Vの場合,5Vのバスラインに直結できます。

    VCXの出力電圧は,0~3.6V@出力=ハイインピーダンス(出力トレラント機能有)となっていますので,電源電圧に関係なく3.6Vまでの電圧が出力に印加可能です。 Vcc=2.5Vの場合,3.6Vのバスラインに直結できます。

    但し,バスラインの直結は,前段ICのCMOS出力から後段CMOS入力を駆動する場合,出力電圧VOH≒電源電圧Vccとなるため,VOHが後段ICの入力電圧VIHレベルを満足しているか確認が必要です。

  • 5V→3.3V,3.3V→5Vのレベルシフトをしたいのですが?

    下記に5V→3.3V,3.3V→5Vのレベル変換を示します。

    5V→3.3Vなど高い電圧から低い電圧のレベル変換は,入力トレラント機能によりできます。入力トレラント機能は電源がVcc=0Vの状態で入力に5 Vの電圧が与えられるケースも許容され,不要な電流も流れません。また,伝搬遅延時間の低下もなく,簡単にレベル変換できます。

     

    [図:5V→3.3Vのレベル変換]

     

    3.3V→5Vなど低い電圧から高いレベル変換は,前段ICのCMOS出力から後段CMOS入力を駆動する場合,出力電圧VOH≒電源電圧Vccとなるため,VOHが後段ICの入力電圧VIHレベルを満足すればレベル変換ができます。

    ">

    [図:3.3V→5Vのレベル変換]

     

    また,下の図は,Nchオープンドレイン品で出力トレラント機能をもったLCX05/07の例です。プルアップ抵抗により,出力はVccレベルまでフルスイングします。

    [図:3.3V→5Vのレベル変換(Nchオープンドレイン出力,出力トレラント機能品)]

     

  • 1.8V→2.5V,2.5V→1.8Vのレベルシフトをしたいのですが?

    下記に2.5V→1.8V,1.8V→2.5Vのレベル変換を示します。

    2.5V→1.8Vなど高い電圧から低い電圧のレベル変換は,入力トレラント機能によりできます。入力トレラント機能は電源がVcc=0Vの状態で入力に3.3Vの電圧が与えられるケースも許容され,不要な電流も流れません。また,伝搬遅延時間の低下もなく,簡単にレベル変換できます。

    [図:2.5V→1.8Vのレベル変換]

     

    1.8V→2.5Vなど低い電圧から高いレベル変換は,前段ICのCMOS出力から後段CMOS入力を駆動する場合,出力電圧VOH≒電源電圧Vccとなるため,VOHが後段ICの入力電圧VIHレベルを満足すればレベル変換ができます。

    [図:1.8V→2.5Vのレベル変換]

  • バスホールト品の機能を教えてほしい。

    下の図は,バスホールド回路を示します。

    [図:バスホールド回路]

    バスホールド回路はラッチ回路となるため,CMOSの入力をオープンすることが可能です。外付けプルアップ抵抗やプルダウン抵抗を削減できます。また,プルアップ抵抗やプルダウン抵抗によるどちらか一方に処理する方法に比べ,ハイインピーダンス直前のレベルを保持するため低消費電流となります。

  • バススイッチ,アナログスイッチの入力処理について教えてください。

    バススイッチ,アナログスイッチの入力端子は“H”または“L”としてください。

    使用していない入/出力(I/O)端子は,オープンとしてください。

  • 小型パッケージCST8,VQON16/20/24の裏面電極部の処理を教えてください。

    CST8の裏面中央,VQON16/20/24の裏面中央,及び四隅の電極はオープンで使用することを推奨しています。

    これらの部分を電気的に接続する場合は,ホームページ右上部の「お問い合わせ」までお問い合わせください。

  • Flip-Flop,レジスタ,カウンタ,ワンショットマルチバイブレータの電源投入後の出力状態は決まっていますか?

    1フリップフロップ,レジスタ,カウンタ,ワンショットマルチバイブレータの電源投入後の出力状態は“H”であるか“L”であるか不定です。

    一般的に電源投入時,CLEAR端子などを一時的にアクティブにして初期状態を設定します。これをパワーオンリセットと呼びます。パワーオンリセットの方法は,抵抗やトランジスタなどを使ったパワーオンリセット回路やリセット信号用ICで行います。