活用RC特性实现对CMOS数字IC的输入保护

摘  要: 介绍了灵活利用RC的特性对CMOS数字IC的输入保护措施，并重点讨论了其应用电路及其参数的设计计算过程。此方法抑制噪声的效果非常好，可以广泛应用于理论及实践性教学、工程设计等方面。
关键词: RC；噪声；振荡；施密特触发器；输入保护
       电器信号输入端有时会出现远远超过原输入电压的大电压（静电或噪声），此时有可能损坏半导体IC。因此，对外部信号输入端子实施充分的安全保护是非常必要的。
     由一个电阻和一个电容组成RC电路，这种电路从频率轴来看，可作为1次低通滤波器处理。RC低通滤波器的典型应用之一是防止机械开关、机械触点的振荡。如图1所示，在此图中看到在RC之前的波形存在触点振荡，而在RC之后的波形中，触点振荡消失了。
   
       数字电路是不希望振荡的，使用触发电路原理上也是为防止振荡影响电路，简单的防止对策就是组合RC低通滤波器和施密特触发电路。
     数字电路目前几乎都是CMOS  IC,如图2所示，与IC的输入端子相串联，插入限流电阻R即可。当然，接收外部信号时应使用施密特型IC。''
   
       此电路采用74系列，用HS CMOS的输入保护，通过附加箝位二极管D1、D2，既使加上大信号，也不能超过IC的最大电流Imax而破坏IC，没有箝位二极管时的最大输入电流约为20 mA左右。
     
     电容C与保护电阻R相协调来滤波噪声，目的是防止在输入点产生振荡，注意输出信号有延迟（T=RC）。
     图3是C=0时的输入波形,产生延迟的R为10 kΩ的高阻值，CMOS IC的输入电容(几pF)及前面二极管的匹配电容都不能忽视。
   
       图4是R=10 kΩ, C=0.01 μF时的输出波形, td=10 kΩ  ×0.01 μF=100μs后输出翻转，这种电路应用于消除从外部接入电路的振荡。
   
       由以上分析可以看出，利用RC的特性对数字电路中CMOS  IC的输入进行保护，抑制噪声的效果非常好。此方法可以广泛应用于数字电路中，在理论及实践性教学、工程设计等方面有很好的应用价值。
参考文献
[1] THOMAS L F着. 电子学（从电路分析道器件应用）[M]. 张宝玲,董启雄,樊桂花,等，译.北京:科学出版社，2008.
[2] 杨素行. 模拟电子技术基础简明教程（第三版）[M]. 北京: 高等教育出版社，2006.
[3] 李瀚荪. 电路分析基础（第三版）[M]. 北京：高等教育出版社，1993.
[4] 邱关源.电路(第三版)[M].北京：高等教育出版社，1998.