活用RC特性實現對CMOS數字IC的輸入保護

董秀芬

(揚州市職業大學 電子工程系，江蘇 揚州225009)

電器信號輸入端有時會出現遠遠超過原輸入電壓的大電壓（靜電或噪聲），此時有可能損壞半導體IC。因此，對外部信號輸入端子實施充分的安全保護是非常必要的。

由一個電阻和一個電容組成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用之一是防止機械開關、機械觸點的振蕩。如圖1所示，在此圖中看到在RC之前的波形存在觸點振蕩，而在RC之后的波形中，觸點振蕩消失了。

數字電路是不希望振蕩的，使用觸發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電路。

數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，插入限流電阻R即可。當然，接收外部信號時應使用施密特型IC。

此電路采用74系列，用HS CMOS的輸入保護，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，實際上與其他值無關，以Vinmax=140 V,Imax=10 mA為例(VON=0.7 V,VDD=5 V)，則:

電容C與保護電阻R相協調來濾波噪聲，目的是防止在輸入點產生振蕩，注意輸出信號有延遲（T=RC）。

圖3是C=0時的輸入波形,產生延遲的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時的輸出波形,td=10kΩ×0.01 μF=100 μs后輸出翻轉，這種電路應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的特性對數字電路中CMOSIC的輸入進行保護，抑制噪聲的效果非常好。此方法可以廣泛應用于數字電路中，在理論及實踐性教學、工程設計等方面有很好的應用價值。

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