探索MC74HC595A与MC74HCT595A：8位移位寄存器的性能与应用解析

在电子设计的领域中，移位寄存器是一种基础且关键的元件，它在数据传输和存储方面发挥着重要作用。今天，我们将深入探讨安森美（onsemi）的两款高性能8位串行输入/串行或并行输出移位寄存器——MC74HC595A和MC74HCT595A，了解它们的特性、参数以及应用场景。

文件下载：onsemi MC74HC595A，MC74HCT595A SISO，SIPO移位寄存器.pdf

产品概述

MC74HC595A和MC74HCT595A由一个8位移位寄存器和一个带三态并行输出的8位D型锁存器组成。移位寄存器负责接收串行数据，并提供串行输出，同时将并行数据传输到8位锁存器。这两个寄存器拥有独立的时钟输入，并且该器件还具备移位寄存器的异步复位功能。

逻辑图

接口兼容性

这两款器件能够直接与CMOS微处理器（MPUs）和微控制器（MCUs）的SPI串行数据端口接口。其中，MC74HC595A的输入与标准CMOS输出兼容，搭配上拉电阻后，也能与TTL输出兼容；而MC74HCT595A的输入则与标准CMOS或TTL输出兼容。

产品特性

输出驱动能力

具备驱动15个LSTTL负载的能力，其输出可直接与CMOS、NMOS和TTL接口，为不同类型的电路设计提供了便利。

工作电压范围

• MC74HC595A的工作电压范围为2.0至6.0V，具有较宽的电压适应性，能满足多种电源环境的需求。
• MC74HCT595A的工作电压范围为4.5至5.5V，更适用于对电压稳定性要求较高的应用场景。

低输入电流

输入电流仅为1.0μA，有助于降低系统的功耗，提高能源利用效率。

高抗噪特性

继承了CMOS器件的高抗噪特性，符合JEDEC标准No.7A的要求，能够在复杂的电磁环境中稳定工作。

芯片复杂度

芯片复杂度为328个FET或82个等效门，在保证性能的同时，实现了较高的集成度。

改进之处

相较于HC595/HCT595，这两款产品在传播延迟、静态功耗、输入噪声和闩锁抗扰度等方面都有显著的改进。此外，带有 -Q后缀的产品适用于汽车和其他对独特场地和控制变更有要求的应用，并且通过了AEC - Q100认证，具备PPAP能力。

参数解析

最大额定值

参数	符号	值	单位
直流电源电压	Vcc	-0.5至 +6.5	V
直流输入电压	VIN	-0.5至Vcc + 0.5	V
直流输出电压	VouT	-0.5至Vcc + 0.5	V
每个引脚的直流输入电流	IN	+20	mA
每个引脚的直流输出电流	louT	±35	mA
直流电源电流（Vc和GND引脚）	Icc	±75	mA
输入钳位电流（ViIN<0或ViN>Vcc）	lK	+20	mA
输出钳位电流（VouT<0或Vou>Vcc）	lok	+20	mA
存储温度	TSTG	-65至 +150	℃
引脚温度（距外壳1mm，持续10秒）	TL	260	℃
偏置下的结温	TJ	+150	°C
热阻（SOIC - 16）	0JA	126	°/W
热阻（QFN16）	0JA	118	°/W
热阻（TSSOP - 16）	0JA	159	°/W
25°C静止空气中的功耗（SOIC - 16）	PD	995	mW
25°C静止空气中的功耗（QFN16）	PD	1062	mW
25°C静止空气中的功耗（TSSOP - 16）	PD	787	mW
湿度敏感度	MSL	Level1	-
易燃性等级	FR	UL94V - 0@ 0.125in（氧指数：28至34）	-
ESD耐受电压（人体模型）	VESD	>3000	V

推荐工作条件

• MC74HC
  • 直流电源电压（Vcc）：2.0至6.0V
  • 直流输入/输出电压（VIN、VouT）：0至Vcc
  • 工作自由空气温度（TA）：-55至 +125℃
  • 输入上升或下降时间（tr/tf）：根据Vcc不同而有所变化，Vcc = 2.0V时为0至1000ns；Vcc = 4.5V时为0至500ns；Vcc = 6.0V时为0至400ns。
• MC74HCT
  • 直流电源电压（Vcc）：4.5至5.5V
  • 直流输入/输出电压（VIN、VouT）：0至Vcc
  • 工作自由空气温度（TA）：-55至 +125℃
  • 输入上升或下降时间（tr/tf）：0至500ns

直流电气特性

不同的温度范围和测试条件下，两款产品在输入电压、输出电压、输入泄漏电流、三态泄漏电流和静态电源电流等方面都有明确的参数要求。例如，在不同的Vcc电压下，最小高电平输入电压（VIH）和最大低电平输入电压（VIL）会有所不同。

交流电气特性

主要包括最大时钟频率（fmax）、传播延迟（tPLH、tPHL等）、输出转换时间（tTLH、tTHL）、输入电容（Cin）和三态输出电容（Cout）等参数。这些参数对于评估器件在动态工作时的性能至关重要。

时序要求

涉及到最小建立时间（tsu）、最小保持时间（th）、最小恢复时间（trec）和最小脉冲宽度（tw）等。例如，串行数据输入A到移位时钟的最小建立时间（tsu）会随着Vcc的变化而改变。

功能表与引脚描述

功能表

通过功能表可以清晰地了解器件在不同输入条件下的工作状态，包括复位、数据移位、寄存器内容传输和输出使能等操作。

引脚描述

• 输入引脚
  • A（Pin 14）：串行数据输入，数据由此引脚移入8位串行移位寄存器。
  • 移位时钟（Pin 11）：移位寄存器时钟输入，低到高的转换会使串行输入引脚的数据移入8位移位寄存器。
  • 复位（Pin 10）：低电平有效，异步移位寄存器复位输入，仅复位移位寄存器部分，不影响8位锁存器。
  • 锁存时钟（Pin 12）：存储锁存器时钟输入，低到高的转换会锁存移位寄存器的数据。
  • 输出使能（Pin 13）：低电平有效，低电平时允许锁存器的数据在输出端呈现，高电平时将输出（QA - QH）置于高阻抗状态，不影响串行输出。
• 输出引脚
  • QA - QH（Pins 15, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7）：非反相、三态锁存输出。
  • SQH（Pin 9）：非反相串行数据输出，是8位移位寄存器第八级的输出，无三态能力。

应用场景与注意事项

应用场景

由于其具备串行输入和并行输出的特点，MC74HC595A和MC74HCT595A广泛应用于需要扩展I/O端口的场景，如LED显示驱动、数码管显示控制和传感器数据采集等。

注意事项

• 在使用过程中，要确保不超过器件的最大额定值，否则可能会损坏器件，影响其可靠性。
• 对于未使用的输入引脚，必须连接到适当的逻辑电压电平（如GND或VCC）；未使用的输出引脚应保持开路。

总结

MC74HC595A和MC74HCT595A以其高性能、宽工作电压范围和良好的兼容性，为电子工程师在设计中提供了可靠的选择。通过深入了解其特性和参数，我们能够更好地发挥这两款器件的优势，实现更高效、稳定的电路设计。在实际应用中，大家是否遇到过类似移位寄存器的使用问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。