Всем привет!

Исходя из чего и какие предъявляют требования к фронтам сигнала ТТЛ и КМОП вентилей?

Например, для серии 74HC/HCT фирма "Филипс" указывает максимальную длительность фронта 500 нс при питании 4.5В (кроме триггеров Шмитта)

ТТЛ на затянутом фронте могут возбуждаться вблизи порога переключения. Если дальше в схеме есть счетчик, это может дезорганизовать всю работу схемы. Если счетчиков или счетных триггеров нет, а простая комбинационная схема, то не очень заметно.

У КМОП подобного эффекта не наблюдал, но на счетчики все равно фронт должен быть по возможности качественным. В остальных случаях маловажно.

Кстати, у 74HC74 от NXP/Philips согласно даташиту на тактовом входе стоит ТШ, а у других производителей - нет. Ограничение на время фронта, впрочем, такое же - 500 ns. С ним у меня была забавная история - не подумав, ради экономии, подал сигнал с оптрона (тормозной 4N35) на такой триггер, в режиме делителя на 2. Фронт был так себе, но работало надежно. Все замечательно. Было. Пока в один прекрасный день не поставили 74HC74 от OnSemi - и тут триггер чудесным образом разучился делить импульсы. Что на входе - то и на выходе. При детальном анализе выяснилось, что из-за слишком пологого фронта дребезг давал ровно один "лишний" импульс. Четко и стабильно. Пришлось в том приборе указать, чтобы использовали строго продукцию NXP. Фронты - они такие...

У КМОП основное требование минимизировать длительность фронта, чтобы избежать сквозных токов и защелкивания КМОП структуры. Ну и в любом случае во время прохождения переходной области помехоустойчивость снижается, поэтому чем быстрее фронт, тем выше помехоустойчивость.

А какие сегодня есть серии, у которых всё еще существует опасность защелкивания?
Во всяком случае 176 и 561 в "аналоговых" режимах используют почти что легально. Конечно они в этих режимах отнюдь не микромощны, но перегрева (на +5В) лично я не наблюдал.

Легально это когда данный режим работы оговорен в ТУ на микросхему. В данном же случае (цифровая микросхема) уровни на въоде и длительность фронтов четко оговорены и если вы их нарушаете, любая проблема в работе устройства в связи с данными компонентами будет на Вашей совести.
У современной логики ток приводящий к защелкиванию увеличен, благодаря технологическим приемам, но эффект остается. Иначе бы производители не указывали максимальную длительность фронта даже для современных м-с логики. У меня например не было таких случаев, но Вы же понимаете, что если мы с Вами ни разу не видели шаровую молнию, это не значит, что они(молнии) не существуют
Перегрев тоже не обязательно будет по всему кристаллу, он может быть локальный, сравните размер кристалла и одной КМОП ячейки. Вообще при защелкивании ток такой, что микросхема просто взрывается.

176 и 561 используют любители "и в хвост и в гриву", как говорится. Но о защелкивании этих серий не сообщал пока никто. Вы тоже не наблюдали, как и я. При сильном желании вогнать наверно можно, но чтоб от затягивания фронтов - ну ооочень навряд...
В литературе, пишут, что ВО ВСЕХ современных сериях присутствуют охранные кольца вокруг структур, предохранющие от защелкивания.
Ну а про ТУ что говорить, это вещь очевидная. В случае ответственных конструкций не пренебрегать.

Защелкивание - это следствие того что напряжение на входе меньше нуля или больше питания.
Про длительность фронтов - это другая история, тут опасность не защёлкивания а неправильной работы, в некоторых случаях перегрева.

У меня с этими сериями опыта особого нет, но коллега по работе часто рассказывал (а он в свою бытность на них чего только не делал, по сути вся обработка сигналов была на жесткой логике), что они бывало выгорали очень жестко и всему виной были пологие фронты. Сейчас вроде бы проблема решена, но почемуто требование по фронтам до сих пор присутствует в даташитах.


Я почемуто думал, что сквозной ток через структуру (который имеет место при потенциалах между "0" и "1" на входе) также приводит к защелкиванию. Возможно это не так, уже не помню где я это читал.

Вы первый, от кого я такое слышу. Знаю конструкцию "псевдо"-синусоидального генератора, где сначала вырабатывался треугольник, который подавался на вход 176-го лог. элемента как раз на пороге срабатывания, так что на выходе вершины такого треугольника прижимались нелинейностью элемента и получался приблизительный синус. Это я к тому, что такой элемент непрерывно находится в режиме сквозного тока, вплоть до очень медленных фронтов в единицы секунд, и ничего с ним не случалось.

По-моему она ну оооочень давно решена; читал, что такой фигнёй страдали только самые первые выпуски 176-й серии, у них на входах были стабилитроны, а не пара защитных диодов. Но таких давно уже нигде нет, во всяком случае я в свою бытность не застал.


На входе защитные диоды стоят, так что больше питания или ниже общего не позволят они.
А вот перенапряжение по питанию - да. Даже чрезвычайно короткий, микросекундный, но высокий импульс по питанию - и структуры открываются сквозняком, как тиристоры. Со всеми очевидными последствиями.
У меня так контроллер PIC выгорел. А импульс сравнительно невысок был, 12 вольт только.

Не только "псевдо". Кроме повсеместно распространённых генераторов, где один, два или более элементов при помощи ООС загонялись в линейный режим, на КМОП-микросхемах часто строили усилители. Рекомендовалось только питание подавать через токоограничивающий резистор, иначе сквозной ток мог привести к перегреву. Вспомните хотя бы "Синклеры" с их усилителями сигнала стримера.

Нет, речь не о питании. А о входном сигнале, превышающем питание. К питающему напряжению КМОП, как правило, всегда были терпимы. От 5В до 15 работали легко, даже 9-вольтовая 176-я серия.

Да да, прекрасно помню эти статьи в журналах: мол производители и не подозревает о скрытых возможностях логческих микросхем, которые они выпускают, а вот мы дотошные радиолюбители попробовали и оказывается - и впрямь логическая микросхема может работать как аналоговый усилитель! Круто Если не верите можете сами убедиться!
А еще можно вспомнить схему УКВ приемника на К548УН1(усилитель низкой частоты) и прочие "находки". И что с того? Если работает значит можно? Значит правильно?
Вот я попробовал -у меня 176ЛЕ5 с длинным фронтом не защелкивается, значит так можно делать? А производители просто трусливые перестраховщики
Вообще мне кажется это умение использовать микросхемы и другие элементы нестандартно, не по своему назначению, было своего рода доказательством высокого мастерства радиолюбителя, нешаблонности мышления даже я бы сказал Но мы тут вроде не об этом?

И сейчас большая часть низковольтной логики тоже не имеет на входе диодов, которая толерантна к 5В. И что с того?
Кстати защелкивание как раз происходит когда ток идет через защитный диод (который есть часть паразитного тиристора -виновника этой проблемы).
Всё же я не понимаю к чему этот спор. То что написано в требованиях на элемент надо выполнять и точка. Почему возникло это требование - другой вопрос, по крайней мере производитель не гарантирует правильную работу микросхемы если эти требования не соблюдаются.

Да нет ничего необычного в этих возможностях. Я уже упоминал о релаксационных генераторах на логических элементах. Взгляните: повсеместно используется линейный режим введением ООС.

В принципе согласен, если посмотреть на тот же внутричиповый кварцевый осциллятор в контроллере или ПЛИС, то там обычно рисуют просто инвертор. Но это специальный инвертор, заточенный именно под функцию генератора.
Конечно тоже самое можно сделать на отдельном инверторе, любой серии. Но вот Вы сами встречали такой генератор на инверторе (не с триггером Шмитта ) в схеме промышленного (серийно выпускаемого) агрегата?

Да, конечно. и неоднократно. А Вы - нет?

Нет, поэтому спрашиваю