1. 74HC4067 模擬復用器概述

74HC4067 是一款高性能 CMOS 模擬多路復用器，它具有 16 路通道（1 個輸入和 16 個輸出或 16 個輸入和 1 個輸出）。這種芯片通常用于模擬信號切換或數(shù)字信號選擇，可以將多個信號源通過控制選擇輸出到單個通道，或?qū)⒁粋€信號源分配到多個通道。74HC4067 屬于 HC 系列，即高速度 CMOS 邏輯器件，因其較低功耗和較高速度廣泛應(yīng)用于各類信號處理設(shè)備。

該芯片不僅可以處理模擬信號，還可以處理數(shù)字信號，因此在許多嵌入式系統(tǒng)和電子產(chǎn)品中都有使用。它的常見應(yīng)用包括傳感器信號選擇、數(shù)據(jù)采集、多路開關(guān)等。

2. 常見型號

74HC4067 系列模擬多路復用器有多個型號，最常見的是：

• 74HC4067D：SOIC（小外形集成電路封裝）版本，適合表面貼裝技術(shù) (SMT)。

• 74HC4067N：DIP（雙列直插式封裝）版本，適合使用插入式安裝的應(yīng)用場景。

• 74HCT4067：與 74HC4067 相似，但為 TTL（晶體管-晶體管邏輯）兼容版本，適用于 5V 系統(tǒng)。

雖然型號略有差異，但它們的核心功能和特性基本一致，主要的區(qū)別在于封裝和電氣特性上的微小差別。

3. 參數(shù)

74HC4067 的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如下：

• 工作電壓范圍：2V ~ 6V。最常見的工作電壓為 5V，但它在較低的電壓（如 3.3V）下也可以正常工作。

• 控制端口電壓范圍：邏輯高電平（Vih）通常為 Vcc 的 70%，邏輯低電平（Vil）通常為 Vcc 的 30%。

• 最大輸入電流：1μA。

• 開關(guān)導通電阻：典型值為 70 歐姆（Vcc=4.5V 時），隨著輸入信號的電壓和芯片的電壓變化，導通電阻可能會稍有變化。

• 信號切換時間：典型的開關(guān)時間約為 20ns ~ 30ns，取決于工作電壓和負載。

• 輸入泄漏電流：最大 1μA，在某些極端條件下可能略高。

• 封裝類型：DIP、SOIC、TSSOP 等。

4. 工作原理

74HC4067 的基本工作原理是通過控制 4 個二進制選擇端（S0、S1、S2、S3）來決定 16 路通道中哪一路與公共輸入/輸出通道 (COM) 相連。每個選擇端代表二進制的一個位，通過設(shè)置這四個位的值，可以選擇不同的通道。例如：

• 當 S0, S1, S2, S3 全為低電平（0000）時，通道 0 被選中。

• 當 S0 為高電平，其他為低電平（0001）時，通道 1 被選中。

• 當 S0, S1, S2, S3 都為高電平（1111）時，通道 15 被選中。

74HC4067 本質(zhì)上是一個單刀十六擲（SP16T）的開關(guān)，當選擇一個通道時，輸入信號通過該通道傳輸?shù)焦捕?COM。在應(yīng)用中，74HC4067 可以作為信號輸入或輸出的多路復用器。

芯片的使能端（EN，亦稱為 /OE）控制是否使能該復用器。當 EN 為低電平時，復用器正常工作；當 EN 為高電平時，所有通道被關(guān)閉，無信號傳輸。

5. 特點

• 低功耗：由于 CMOS 技術(shù)的應(yīng)用，74HC4067 具有較低的功耗，這使得它非常適合便攜式設(shè)備或低功耗的嵌入式系統(tǒng)。

• 高速工作能力：其典型的切換速度為 20ns ~ 30ns，因此適用于高速數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膽?yīng)用。

• 寬電壓工作范圍：支持 2V 至 6V 的工作電壓，兼容多種電壓系統(tǒng)，常見的應(yīng)用電壓為 3.3V 和 5V。

• 低導通電阻：74HC4067 的導通電阻通常在 70 歐姆左右，允許大部分信號在較少的失真情況下傳輸，適合處理模擬信號。

• 多路選擇能力：芯片支持 16 路通道，允許用戶在多個輸入或輸出通道之間靈活切換。

• 雙向信號傳輸：74HC4067 不僅可以處理單向信號傳輸，還支持雙向信號傳輸，即信號可以從任意一個通道傳遞到 COM，也可以從 COM 傳遞到任意一個通道。

• 模擬和數(shù)字信號兼容性：74HC4067 可以切換模擬信號和數(shù)字信號，這使得它廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。

6. 作用

74HC4067 主要用于信號的多路選擇和切換，以下是其常見功能：

• 模擬信號選擇：74HC4067 可用于選擇不同傳感器的輸入信號，通過在 MCU（微控制器）上使用少量 I/O 端口實現(xiàn)對多個傳感器的控制。

• 數(shù)據(jù)選擇：在某些數(shù)字通信場景中，可以使用 74HC4067 在多個數(shù)據(jù)源之間進行切換。

• 輸入/輸出擴展：在 I/O 端口有限的系統(tǒng)中，74HC4067 可以作為輸入或輸出的擴展器。

• 多通道信號采集：在 ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）有限的情況下，使用 74HC4067 可以將多個模擬信號傳遞到一個 ADC 進行順序采集。

7. 應(yīng)用

由于 74HC4067 的多功能性和簡單易用的特點，它在以下場景中具有廣泛應(yīng)用：

1. 傳感器陣列：在需要同時讀取多個傳感器信號的應(yīng)用中，74HC4067 可以作為模擬信號多路選擇器，選擇并傳遞各個傳感器的信號到微控制器進行處理。常見的應(yīng)用包括環(huán)境監(jiān)測、智能家居設(shè)備和工業(yè)控制等。

2. 音頻切換：74HC4067 也常用于模擬音頻信號的切換。通過控制選擇輸入，音頻設(shè)備可以從多個輸入源（如麥克風、播放器）中選擇一個進行輸出，或?qū)⒍鄠€輸出設(shè)備連接到單個音頻源。

3. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：在測試與測量系統(tǒng)中，74HC4067 可用于選擇不同的數(shù)據(jù)通道，將模擬信號傳遞到數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如 ADC）進行轉(zhuǎn)換。它特別適合多通道信號采集場景，如工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測和實驗室測量等。

4. 通信設(shè)備：在一些復雜的通信系統(tǒng)中，74HC4067 可以作為數(shù)字信號的選擇開關(guān)，負責在不同的通信路徑中切換信號。它可以與 FPGA 或 MCU 結(jié)合使用，完成靈活的數(shù)據(jù)路由選擇。

5. 機器人與自動化設(shè)備：在機器人控制系統(tǒng)中，通常需要處理多個傳感器或執(zhí)行器信號。通過 74HC4067，可以有效減少 I/O 端口的使用，同時允許系統(tǒng)動態(tài)選擇需要處理的信號源。

6. 視頻信號切換：在多路視頻輸入切換應(yīng)用中，74HC4067 可以用于切換不同的模擬視頻信號源，使其成為一個簡易的視頻切換器，適用于監(jiān)控系統(tǒng)或其他多路視頻顯示應(yīng)用。

7. 電池監(jiān)測系統(tǒng)：在電池組管理系統(tǒng)中，74HC4067 可以用來監(jiān)測多個電池的電壓狀態(tài)，幫助管理系統(tǒng)實現(xiàn)對不同電池的切換和監(jiān)控，從而延長電池壽命。

8. 一款功能強大且用途廣泛的 16 路模擬多路復用器

74HC4067 是一款功能強大且用途廣泛的 16 路模擬多路復用器，適用于多種信號切換場景。通過簡單的控制邏輯，它可以有效處理模擬和數(shù)字信號的選擇與傳輸。其低功耗、高速度和多通道的特性使其在工業(yè)、消費電子、通信和自動化設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

無論是擴展 I/O 接口、選擇模擬傳感器信號，還是在復雜的通信設(shè)備中進行數(shù)據(jù)路由，74HC4067 都提供了一個高效、靈活的解決方案。

9. 74HC4067 的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

1. 多通道選擇：74HC4067 支持多達 16 路通道，這在需要處理多個輸入或輸出信號的系統(tǒng)中非常有用。它為系統(tǒng)提供了更大的靈活性，尤其在資源有限的微控制器系統(tǒng)中。

2. 低功耗：由于采用了 CMOS 技術(shù)，74HC4067 的靜態(tài)功耗非常低，這使得它適合便攜式設(shè)備、節(jié)能型系統(tǒng)等應(yīng)用場景。

3. 快速切換：典型的信號切換時間在 20ns ~ 30ns 之間，因此適用于高性能數(shù)據(jù)采集和切換場合。

4. 模擬和數(shù)字信號兼容：與許多復用器不同，74HC4067 不僅能處理模擬信號，還可以用于切換數(shù)字信號。這使得它的應(yīng)用范圍更加廣泛。

5. 簡單的控制邏輯：該芯片使用 4 位二進制控制信號（S0、S1、S2、S3）進行通道選擇，設(shè)計簡單，易于與 MCU 或其他控制器接口。

6. 寬電壓范圍：74HC4067 的工作電壓范圍廣，支持從 2V 到 6V 的操作，能很好地適應(yīng)不同的供電系統(tǒng)，特別是 3.3V 和 5V 系統(tǒng)。

缺點：

1. 導通電阻：雖然 74HC4067 的典型導通電阻為 70 歐姆，這在許多應(yīng)用中已經(jīng)足夠低，但對于一些高精度信號處理系統(tǒng)而言，導通電阻仍可能引入一定的誤差。

2. 信號失真：在傳輸高速或高頻模擬信號時，74HC4067 的導通電阻和寄生電容可能會引起一定程度的信號失真或衰減，限制了其在某些高頻模擬信號應(yīng)用中的表現(xiàn)。

3. 漏電流：雖然 74HC4067 的輸入漏電流較小，但在極其精密的低電流測量系統(tǒng)中，可能需要額外考慮漏電流對系統(tǒng)的影響。

10. 74HC4067 的實際應(yīng)用案例

為了更好地理解 74HC4067 在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)，以下是一些詳細的案例分析：

案例 1：多傳感器數(shù)據(jù)采集

在一個農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)中，可能需要實時監(jiān)控多個環(huán)境變量，如溫度、濕度、光照、土壤濕度等。每個變量都有相應(yīng)的傳感器輸出模擬信號。為了節(jié)省微控制器的 ADC 通道，可以使用 74HC4067 作為模擬信號的多路復用器，將多個傳感器的輸出連接到 74HC4067 的 16 路通道上，再通過單個 ADC 進行逐個讀取。

這種方案的優(yōu)勢在于，使用一個 74HC4067 芯片就能讓微控制器處理多達 16 個傳感器信號，并且只需要占用少量的 I/O 端口。通過切換 S0-S3 信號，微控制器可以靈活選擇哪個傳感器信號被傳輸?shù)?ADC。如此設(shè)計能顯著簡化硬件電路，并且提高系統(tǒng)的擴展性。

案例 2：音頻信號選擇器

在一個音頻混音臺或多音源播放系統(tǒng)中，可能需要切換不同的音頻輸入源（如麥克風、樂器、錄音設(shè)備等）。74HC4067 可以作為音頻輸入的選擇器，控制不同音源的輸出，從而為音頻處理器或放大器提供靈活的信號輸入選擇。

在這種應(yīng)用中，74HC4067 通過其低導通電阻將不同的音頻信號無失真地傳輸?shù)捷敵龆?。音頻系統(tǒng)通過簡單的二進制選擇信號就可以快速切換不同的輸入信號，實現(xiàn)多個音頻源的無縫切換。

案例 3：自動測試設(shè)備（ATE）

在一些電子產(chǎn)品的生產(chǎn)測試過程中，可能需要對多個電路節(jié)點進行電壓或信號測量。74HC4067 可以作為自動測試設(shè)備中的多路開關(guān)，負責在多個測試點之間進行快速切換，連接到測試儀器如示波器或萬用表等。

通過這種方式，測試設(shè)備可以自動化地在多個電路節(jié)點之間切換，從而快速完成對被測設(shè)備的全面測試。這不僅大大提高了生產(chǎn)效率，還減少了人工操作中的誤差。

案例 4：視頻信號切換

在安防監(jiān)控系統(tǒng)中，多個攝像頭可能需要通過單個視頻輸出設(shè)備（如顯示器或錄像機）查看。使用 74HC4067，監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)多路攝像頭視頻信號的切換，管理員可以通過簡單的控制信號在不同的攝像頭畫面之間切換。

該芯片允許監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)需要動態(tài)地切換到不同的攝像頭視頻源，使得整個系統(tǒng)更加靈活和高效。

11. 未來發(fā)展與替代方案

隨著科技的不斷發(fā)展，模擬開關(guān)與多路復用器領(lǐng)域也在持續(xù)演進。雖然 74HC4067 已被廣泛應(yīng)用，但也有一些新的替代方案或者更高性能的產(chǎn)品逐漸出現(xiàn)。

1. 高速 CMOS 多路復用器：隨著高速信號處理的需求增多，新的 CMOS 多路復用器開始具有更快的切換速度和更低的導通電阻。例如，HCT 系列的多路復用器在速度和兼容性上有所提升，適用于更高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2. 更高通道數(shù)的復用器：隨著系統(tǒng)復雜度的增加，一些多達 32 路或 64 路的復用器開始應(yīng)用于大規(guī)模信號切換場景，這些器件可以進一步減少微控制器的 I/O 占用，提升系統(tǒng)的集成度。

3. 低功耗復用器：針對便攜式設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，許多廠商推出了功耗更低、體積更小的復用器，適合電池供電設(shè)備的長期運行。

雖然 74HC4067 在過去幾十年中已經(jīng)成為多路復用器的經(jīng)典器件，但隨著市場需求的變化，新的解決方案也在不斷涌現(xiàn)。開發(fā)者在選擇器件時，可以根據(jù)具體的應(yīng)用場景、性能要求和功耗預算來選擇最合適的方案。

12. 總結(jié)

74HC4067 作為一款經(jīng)典的 16 路模擬多路復用器，具有多通道選擇、低功耗、高速度和廣泛的信號兼容性等優(yōu)點。它在各種應(yīng)用場景中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在傳感器數(shù)據(jù)采集、音頻視頻信號切換、自動測試設(shè)備等領(lǐng)域，極大地簡化了系統(tǒng)設(shè)計，提升了系統(tǒng)的靈活性和擴展性。

雖然該芯片有一些局限性，如導通電阻較高和信號失真的潛在問題，但對于大多數(shù)應(yīng)用場景來說，這些缺點可以通過合理的設(shè)計和補償電路來解決。

隨著技術(shù)的進步，更多高性能、低功耗的多路復用器將出現(xiàn)在市場上，但 74HC4067 仍然以其穩(wěn)定、易用的特點在許多項目中占據(jù)重要地位。開發(fā)者在選擇使用該芯片時，應(yīng)根據(jù)實際需求進行權(quán)衡，以發(fā)揮其最大的效能。