通用逻辑IC的容限功能是什么？
容限是指“具有允许偏差”，是指即使对输入或输出端子施加高于IC电源电压*的电压，也不会发生故障或损坏的一种功能。通用逻辑IC具有两种容限功能：输入容限和输出容限。如果可能超出通用逻辑IC的电源电压，您必须选择具有此功能的器件。这是最重要的特性之一。（＊：不能施加超过绝对最大额定输入／输出电压的电压）
电子设备包含多个IC，这些IC有时在不同的电压域（如3.3 V和5 V电压域）内运行。在这种情况下，您需要具有输入和输出容限功能以及电平转换功能（稍后介绍）的通用逻辑IC。
许多移动设备都具有局部掉电功能，可关闭未使用的逻辑部分以节省电量并延长电池工作时间。为实现局部掉电，需具备输出掉电保护功能。（参见后面的“注释”）
- 输入容限：当VCC为有效电压（在工作电压范围内）或档VCC＝0时，当输入电压高于电源电压（VCC）时，此功能可防止电流流入IC。然而，不允许向输入引脚施加高于最大工作电压的电压。
输出引脚的容限功能比较复杂。CMOS逻辑IC的输出电路具有图腾柱结构，由一对P沟道和N沟道MOSFET组成，如图1所示。因此，大多数CMOS逻辑IC在工作时不允许将外部电压施加到输出引脚。如果将电压施加到输出端，则会与电源或GND发生短路，进而可能导致IC损坏。
- 输出容限：输出容限是一种即使向输出引脚施加超过电源电压的电压，当IC处于禁用模式且输出为高阻态（Hi-Z）时，也可以避免电流从输出引脚流向IC（漏电平电流）的功能。然而，在使能状态（高或低）下，不能施加超过电源电压的电压。如果向输出端施加电压，则输出端会与电源或GND发生短路，进而可能导致IC损坏。
在具有输出容限功能的漏极开路IC的情况下，即使向输出端施加高于电源电压的电压，电流也不会从输出引脚流入IC。
在这种类型中，通过在外部电源与输出端之间插入一个电阻，可以施加超过电源电压的电压。然而，即使在具有输出容限功能的CMOS逻辑IC的情况下，也不允许对输出端施加高于最大工作电压的电压。
此外，还具有输出掉电保护功能。 - 掉电保护（注）：
当电源关闭（VCC＝0V）时，将工作电压范围内的电压施加到输出端，该功能即可防止电流通过输出引脚流入IC。无论IC是否处于“禁用”模式，掉电保护都能起作用。
注：在某些情况下，容限保护和断电保护可以互换使用。输入容限有时被称为输入掉电保护，输出掉电保护有时被称为输出容限。
如图2所示，在输入端和输出端都包含二极管的典型通用逻辑IC的等效电路。输入端的二极管具有ESD保护作用，而输出端的二极管为非专用的寄生二极管。如果施加高于VCC的电压或在IC关闭时施加电压，则输入端与电源之间的二极管以及输出端与电源之间的二极管可能会导通。在这种情况下，产生的大电流可能会破坏IC。
当在输入引脚上施加一个高于电源电压VCC的电压时，大电流会流过IC中的二极管（图3的上图）。
通过更换为具有输入容限功能的系列（表1中输入容限列带标记的系列），可以避免对设备造成损坏。
此外，输出端不直接连接电源线，但它可以连接总线系统中的其他总线输出端。
为避免这种情况，有必要更换为具有输出容限功能的产品。仅表1所示的具有输出掉电保护功能的系列才允许使用输出容限功能（可以在可接受的范围内通过输出引脚施加电压）。此外，这仅限于输出禁用功能（使输出端具有高阻抗而不考虑输入端的功能）。这意味着可以使用具有三态输出的产品（如74LCX244、74LCX373）。
类型 |
系列名称 |
CMOS逻辑IC系列 型号 |
单门逻辑（L-MOS）等效电路 |
工作电压范围 VCC（V） |
传输延迟时间*1tpLH，tpHL（ns） |
输出电流*2IOUT（mA） |
输入容限功能 |
输出掉电保护 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
适用于5V系统 |
标准型 |
3至18 |
200 |
±0.51 |
△*3 |
- |
||
高速型 |
2至6 |
23 |
±4.0或±6.0 |
△*3 |
- |
|||
4.5至5.5 |
31 |
|||||||
进阶型 |
2至5.5 |
8.5 |
±24 |
- |
- |
|||
4.5至5.5 |
9.0 |
|||||||
超高速型 |
2至5.5 |
8.5 |
±8.0 |
● |
- |
|||
10 |
||||||||
4.5至5.5 |
9.5 |
● |
●*4 |
|||||
1.8至5.5 |
8.5 |
±16 |
● |
● |
||||
（适用于低电压系统） |
低压型 |
1.65至3.6 |
6.5 |
±24 |
● |
●*5 |
||
超低压型 |
1.2至3.6 |
4.2 |
±24 |
● |
● |
*1：典型IC（TC4001，TC74HC244，TC74HCT244，TC74AC244，TC74ACT244，74VHC244，74VHC9541（An-Yn），VHCT244，VHCV244，74LCX244和TC74VCX244）在-40至85°C时的最大传输延迟时间，但TC4001显示的是25°C时最大传输延迟时间。
*2：这些输出电流值来自数据表的直流特性表。此外，还指定了绝对最大额定值。
*3：TC4049BF/BP，TC4050BF/BP，TC74HC4049BP/BF/BFT，74HC4049D，TC74HC4050BP/BF/BFT和74HC4050D具有输入容限功能，允许电平从较高电压转换到较低电压。
*4：TC7SET系列和TC7SZU04／TC7WZU04不具有输出掉电保护功能。
*5：TC7SZ系列的fSV封装产品除了具有漏极开路输出外，不具有输出掉电保护功能。
使用输入容限功能的电平转换器（电平转换）
输入容限功能可用于降低高电平电压。例如，我们考虑如何使用VHC系列的IC，将HC系列的逻辑IC的输出电压从5V降压至3.3V。
对于降压转换，应注意以下特性。（以下数值适用于VHS系列。）
- 输入电压（如工作范围表所示）VIN(max)：5.5 V
- 前级IC的最大低电平电压和电平转换IC的低电平输入电压（如电气特性表所示），
- VIL(max)：VCC×0.3 V
- 使用降压电压（本例中为3.3V）作为电平转换通用逻辑IC的供电电压。
最大输入电压不得超过数据表的工作范围表中所示的数值。此外，最大低电平输入电压必须低于电气特性表（VIL）中所示的数值。
只要注意上述特性，您就能轻松地对逻辑信号进行电平转换，如图所示。但请注意，5V和3.3V IC的阈值电压不同。因此，逻辑信号的占空比可能由于电平转换而改变。
如果您担心此问题，请使用东芝的双电源电平转换器，在不影响占空比的情况下实现电平转换。
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