Микросхемы серии 74HC и 74LS: всестороннее сравнение

74 серия интегральных микросхем (ИС)На протяжении десятилетий он был основой цифровой электроники, позволяя проектировать логические элементы, триггеры, счетчики и другие важные цифровые строительные блоки. Среди самых популярных вариантов:74HCисерия 74LS, каждый из которых оптимизирован для конкретных приложений на основе лежащей в их основе технологии и характеристик производительности. В этой статье рассматриваются их различия в конструкции, электрических параметрах и вариантах практического использования, помогая инженерам выбрать правильную серию для своих проектов.

Основная технология: что их отличает?

Основное различие между сериями 74HC и 74LS заключается в ихполупроводниковая технология, что определяет их электрическое поведение и пригодность для различных сред:

Серия 74LS: Сокращение от «Low-power Schottky TTL». Эти микросхемы основаны наТранзисторно-транзисторная логика (TTL). Они используют биполярные транзисторы (BJT) с диодами Шоттки для уменьшения времени переключения и энергопотребления по сравнению с более ранними вариантами TTL (например, 7400). Диоды Шоттки предотвращают насыщение транзистора, обеспечивая более высокую скорость переключения.

Серия 74HC: сокращение от «Высокоскоростная КМОП». Эти микросхемы построены наКомплементарный металл-оксид-полупроводник (КМОП)технология. Они используют как P-канальные, так и N-канальные полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) для достижения высокой скорости при минимальном энергопотреблении. Технология КМОП известна своим высоким входным сопротивлением и низким статическим рассеянием мощности.

Сравнение основных электрических параметров

Технологические различия между 74HC и 74LS приводят к различным электрическим характеристикам, которые обобщены в таблице ниже:

74LS: Строго зависит от источника питания 5 В (допуск: ±5%). Отклонения за пределы этого диапазона могут привести к неисправностям или повреждению, что ограничивает их использование в устройствах с батарейным питанием и переменным напряжением.

74HC: Работает в широком диапазоне (2–6 В), что позволяет адаптировать их к низковольтным конструкциям (3,3 В) и устаревшим системам 5 В. Эта гибкость имеет решающее значение для современной электроники, где энергоэффективность и разнообразие напряжений являются приоритетами.

2.Потребляемая мощность

74LS: Потребляет значительную статическую мощность (даже в режиме ожидания) из-за постоянного протекания тока в биполярных транзисторах. К этому добавляется динамическая мощность (во время переключения), что делает их непригодными для устройств с батарейным питанием.

74HC: Имеет почти нулевое статическое энергопотребление (MOSFET потребляют ток только во время переключения). Динамическая мощность масштабируется с частотой, но остается намного ниже, чем у 74LS на типичных рабочих скоростях. Это делает 74HC идеальным для портативной электроники.

3.Скорость и задержка распространения

74LS: Обеспечивает задержку распространения ~9 нс при 5 В, подходит для приложений со средней скоростью (до ~ 50 МГц).

74HC: Задержка ~7 нс при 5 В, с более быстрым переключением при более высоких напряжениях (например, 6 В). Хотя 74HC и не так быстр, как высокоскоростные варианты TTL (например, 74F), он отвечает потребностям большинства цифровых схем общего назначения (до ~ 100 МГц).

4.Характеристики входа/выхода

Входное сопротивление: 74LS имеет низкое входное сопротивление (~10 кОм), что может нагружать источники сигнала (например, датчики, микроконтроллеры). 74HC с входным сопротивлением ~10¹²Ом потребляет незначительный ток, что делает его пригодным для взаимодействия с источниками с высоким импедансом.

Выходной привод: 74LS может потреблять больший ток (8 мА), чем 74HC (4 мА), что позволяет ему лучше управлять тяжелыми нагрузками, такими как светодиоды или реле, без внешних буферов. Однако выходного сигнала 74HC достаточно для большинства интерфейсов логического уровня.

Шумоустойчивость: более высокий запас по шуму 74HC (благодаря CMOS-логике) делает его более устойчивым к электрическим помехам, что критически важно в промышленных средах или на печатных платах с большим количеством электромагнитных помех (EMI).

5.Совместимость

74LS: TTL-совместим, что означает, что он работает без проблем с другими TTL-устройствами, но требует сдвигов уровня для взаимодействия со схемами CMOS.

74HC: Совместим с TTL и CMOS при напряжении 5 В, что упрощает разработку смешанных технологий. При более низких напряжениях (3,3 В) он напрямую взаимодействует с современными КМОП-микроконтроллерами.

Схема 74LS74

На рисунке ниже показана внутренняя логическая схема двойного триггера D-типа, запускаемого по положительному фронту, 74LS74, показаны соединения и функции тактового сигнала, предустановки и очистки входов на его выводах.

Другие микросхемы серии 74LS

Счетчики
74ЛС90: Асинхронный десятичный счетчик, настраиваемый для двоичного/десятичного режима, с функциями сброса и установки. Используется для деления часов и подсчета импульсов.
74ЛС161: Синхронный 4-битный двоичный счетчик с синхронным сбросом и предустановкой, высокочастотный (~30 МГц), подходит для цифровых частотомеров.
74ЛС163: Аналогичен 74LS161, но с синхронным сбросом, что снижает количество глюков.
74ЛС192: Синхронный десятичный счетчик вверх/вниз, с асинхронным сбросом и предустановкой. Используется при двунаправленном подсчете (например, при подсчете на конвейере).

Регистры
74ЛС174: 6-битный регистр D-триггера с параллельным вводом/выводом и сбросом. Используется для временного хранения данных.
74ЛС194: 4-битный двунаправленный регистр сдвига, поддерживающий сдвиг влево/вправо и последовательно-параллельное преобразование (например, связь UART).
74ЛС374: 8-битный регистр D-триггера с выходом с тремя состояниями, подходящий для изоляции данных шины (например, взаимодействия процессора и периферии).

Кодеры и декодеры
74ЛС148: Кодер с приоритетом линии 8–3 с более высоким входным приоритетом. Используется при сканировании клавиатуры.
74ЛС47: Декодер преобразования BCD в семь сегментов, управляющий лампами Nixie, с функцией гашения (например, дисплеи мультиметра).
74ЛС138: декодер от 3 до 8 строк. Используется для декодирования адреса (например, адресации памяти).

Мультиплексоры и селекторы данных
74ЛС151: селектор данных 8 к 1, стробирование входов через адресные линии. Используется для переключения нескольких сигналов (например, сбора данных с датчика).
74ЛС153: Двойные селекторы 4-к-1, использующие общие адресные линии, подходящие для параллельного выбора данных.

Шлепанцы и защелки
74LS74: Триггеры Dual D с запуском по нарастающему фронту и асинхронной установкой/сбросом. Используется в последовательных схемах.
74LS75: 4-битная защелка с фиксацией высокого уровня. Используется для буферизации аналогово-цифрового вывода.
74ЛС112: Двойные триггеры JK с запуском по заднему фронту, способные осуществлять счет и деление частоты.

Арифметико-логические единицы и компараторы
74ЛС181: 4-битное АЛУ, поддерживающее 16 арифметических/логических операций, ядро ​​ранних микропроцессоров.
74ЛС85: 4-битный компаратор величин, выдающий «больше/меньше/равно». Используется при сортировке данных.

Специальные функциональные чипы
74ЛС245: 8-битный двунаправленный шинный приемопередатчик с управлением направлением. Используется для двунаправленной передачи по шине (например, интерфейс процессор-память).
74ЛС259: 8-битная адресуемая защелка, вентилируемое хранение через адресные линии. Используется для управления светодиодной матрицей.

Схема 74HC00

74HC00представляет собой 14-контактную интегральную схему с четырьмя вентилями NAND, использующую передовую технологию CMOS. Эта конфигурация обеспечивает скорость, аналогичную микросхемам LS-TTL, но требует более низкого энергопотребления. На рисунке ниже показана принципиальная схема триггера SR, использующего микросхему вентиля И-НЕ 74HC00, в комплекте с номиналами компонентов и соединениями для реализации функций установки и сброса.

Практическое применение: выбор правильной серии

Выбирать74LSКогда:

Вождение тяжелых грузов: Приложения, требующие высокого выходного тока (например, светодиодные матрицы, небольшие реле), выигрывают от более сильной токовой способности 74LS.

Устаревшие системы TTL: Модернизация или ремонт старого оборудования (например, старинных компьютеров, промышленных контроллеров), использующего логику TTL 5 В.

Среднескоростные конструкции только с напряжением 5 В: Простые схемы, такие как логические элементы, счетчики или мультиплексоры, работающие при напряжении 5 В, без необходимости работы с низким энергопотреблением.

Выбирать74HCКогда:

Устройства с батарейным питанием: Низкое статическое энергопотребление делает 74HC идеальным для портативной электроники (например, пультов дистанционного управления, фитнес-трекеров).

Низковольтные системы: конструкции с использованием источников питания 3,3 В или 2,5 В (например, датчики Интернета вещей, встроенные системы с микроконтроллерами ARM).

Среда с высоким уровнем шума: Промышленные системы управления, автомобильная электроника или силовые системы, где помехоустойчивость имеет решающее значение.

Проекты со смешанными сигналами: Взаимодействие с компонентами TTL и CMOS без преобразователей уровня (при 5 В).

Распространенные заблуждения

Миф: «74HC всегда лучше, чем 74LS».
Факт: 74LS превосходно работает в сильноточных приложениях с напряжением только 5 В. 74HC превосходно работает в сценариях с низким энергопотреблением и гибким напряжением.

Миф: "74ЛС устарел."
Факт: хотя 74HC более популярен в новых конструкциях, 74LS продолжает производиться для устаревших систем и конкретных случаев использования с высоким током.

Миф: «74HC может заменить 74LS во всех схемах».
Факт: 74HC могут потребоваться внешние буферы для управления тяжелыми нагрузками, с которыми 74LS справляется напрямую.

Заключение

Серия интегральных схем 74LS с их развитой технологией TTL и стабильной производительностью занимает важную позицию в проектировании цифровых схем. Хотясерия 74HC на базе КМОПпостепенно стал мейнстримом,серия 74LSостается незаменимым в сценариях, требующих высокого выходного тока (например, при работе с тяжелыми нагрузками) или совместимости с устаревшими системами.

Если вы ищете чипы из этой серии для своего нового проекта, свяжитесь с нами для получения последних предложений!