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随着工程师们不断追求设计更高效、更可靠的电子系统，对高性能组件的需求变得至关重要。东芝的TC75W58FU双比较器作为一种CMOS线性集成电路，凭借其多功能和坚固性，在各种应用中脱颖而出。本文深入探讨了TC75W58FU的特点、优势和潜在用途，为工程师们提供利用该组件的见解。 TC75W58FU概述 TC75W58FU是一款采用CMOS技术设计的通用双比较器。与传统的双极型比较器相比，它提供了几个优势，包括更低的功耗和单电源操作能力。以下是一些关键规格： 低电源电流： TC75W58FU的典型电源电流仅为20μA，使其非常适合电池供电设备和其他对功耗敏感的应用。 宽输入电压范围： 共模输入电压范围从VSS到VDD-0.9V，在各种操作条件下提供了灵活性。 开漏输出： 该功能允许输出与其他开漏输出形成有线或连接，便于更复杂的电路设计。 小型封装： TC75W58FU采用SSOP8封装，适用于空间受限的应用。 电气特性 了解TC75W58FU的电气特性对于优化其在特定应用中的性能至关重要。以下是VDD = 5V和Ta = 25°C时的一些重要参数： 输入偏移电压： ±1mV（典型），±7mV（最大） 输入偏移电流： 1pA（典型） 输入偏置电流： 1pA（典型） 电压增益： 94dB（典型） 电源电流： 22μA（典型） 传播延迟（开启）： 800ns（典型） 传播延迟（关闭）： 230ns（典型） 这些特性突显了TC75W58FU的高效、精确和快速，使其成为高性能应用中的可靠选择。 实际应用 电源管理系统 在电源管理系统中，TC75W58FU可以用于监控电压水平，确保稳定运行。其低电源电流和宽输入电压范围使其适合检测欠压或过压条件，触发适当的响应以保护敏感组件。 信号处理 TC75W58FU的高电压增益和低输入偏移电压在信号处理应用中具有优势。它可以用于模数转换器（ADC）电路中，将输入信号与参考电压进行比较，从而实现精确高效的信号转换。 电池供电设备 对于电池供电设备，最小化功耗至关重要。TC75W58FU的低电源电流延长了电池寿命，使其成为便携式电子设备、远程传感器和其他电池供电应用的理想选择。 工业自动化 在工业自动化中，TC75W58FU可以用于各种控制和监控系统。其开漏输出允许与其他组件轻松集成，从而实现复杂的逻辑操作并增强系统可靠性。 设计注意事项 在设计使用TC75W58FU的电路时，工程师应考虑以下几点： 电源顺序： 确保I/O引脚的电压水平不超过VDD或低于VSS，以防止闩锁条件。 噪声免疫： 实施适当的过滤和屏蔽措施，以保护比较器免受外部噪声的影响，这可能会影响其性能。 热管理： 虽然TC75W58FU具有宽工作温度范围（-40至85°C），但在高温环境中保持可靠性仍需适当的热管理。 结论 东芝的TC75W58FU双比较器提供了低功耗、高精度和多功能的结合，使其成为各种工程应用中的宝贵组件。通过了解其特点和特性，工程师可以有效地将TC75W58FU融入其设计中，提升性能和可靠性。无论是在电源管理、信号处理还是工业自动化中，TC75W58FU都作为现代电子系统中的坚固高效解决方案脱颖而出。

在购买有源晶振时，我们经常会看到晶振产品规格书上的输出信号上有是CMOS，是LVCMOS，也有是LVPECL，,也有LVDS，也有HCSL等，但这些输出信号有什么区别呢？这些输出信号的区别在于正确选择信号类型可以避免时钟信号的衰减和失真，同时还可以确保从输出信号中获得的好处多于缺点，以满足您的特定设计需求。 有源晶振产品输出信号主要分为两类 常见的信号类型分为两类：单端输出和差分信号输出。每个类别都包括几种类型的输出信号。 单端输出 正弦波和削峰正弦波 CMOS(互补金属氧化物半导体) HCMOS(高速CMOS) LVCMOS(低压CMOS) TTL(晶体管到晶体管逻辑) LVTTL(低压TTL) 差分信号输出 ECL(发射极耦合逻辑) PECL(正发射极耦合逻辑) LVPECL(低压PECL) CML(电流模式逻辑) LVDS(低压差分信号) HCSL(高速电流转向逻辑) 其中单端输出的CMOS输出包括(CMOS、HCMOS、LVCMOS)，工作电压主要有1.0V、1.2V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V、12V等，但由于12V功耗过高，目前12V基本不用。产品基本涵盖SPXO、VCXO压控晶振、TCXO温补晶振、OCXO恒温晶振等产品都有该模式输出，但OCXO恒温晶振产品工作电压大多数都是3.3V、5.0V和12V。 正弦波和削峰正弦波信号输出晶振产品有TCXO恒温晶振和OCXO恒温晶振产品。而TTL已经被CMOS淘汰了。这是因为CMOS比TTL具有更低的成本和更好的抗噪性。CMOS和TTL都非常适合低功耗、高输出摆幅和相对较低的成本需求。 差分信号输出-ECL、PECL、LVPECL这几种基本可以混成一类。由于ECL功耗大，需要负电源。为简化电源，出现了PECL(ECL结构，改用正电压供电)和LVPECL。工作电压PECL有5.0V，但LVPECL只有工作电压只有2.5V和3.3V。 差分信号输出-LVDS，LVDS差分信号具有功耗较低，电压摆幅往往较小等特点，与LVPECL相比降低了抖动性能，工作电压常用的有2.5V和3.3V，最低目前支持1.8V的工作电压。 差分信号-HCSL，优点是其高阻抗输出和快速开关时间，类似于LVPECL，相噪和功耗介于LVPECL和LVDS中间，工作电压常见2.5V和3.3V，部分可以支持1.8V的工作电压。 差分信号-CML，CML具有与LVPECL相似的性能。主要区别在于CML不需要外部偏置。这使得CML在低功耗问题时成为LVPECL的良好替代品，工作电压有1.8V、2.5V、3.3V。 以上是对有源晶振信号输出做个简单的介绍，下篇我们会对这些输出信号做个详细的解释和分析它们的优缺点。

上篇我们对有源晶振信号的输出种类做了个简单的分析，那么选择哪种信号类型取决于应用的具体需求，接下来，让我们来详细来了解每种输出信号的类型，以更好地了解它们的优点和用途。这将使您更清楚地了解哪种类型最适合您的需求。 单端：正弦波和削波正弦波(Sinewave & Clipped Sinewave) 这是晶体振荡器电路的标准或“原始”信号输出。它仅由一个基频组成，不存在任何谐波。这将提供振荡器可以预期的最大频谱波动。正弦波输出非常适合要求苛刻的低相位噪声应用。 单端：互补金属氧化物半导体(CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor)、HCMO和LVCMOS 互补金属氧化物半导体(CMOS)输出适用于较短的走线长度和较低频率的时钟源(低于 220MHz)。这将允许时钟输出和接收器输入之间直接连接。在大多数情况下，可以使用低值串联电阻器来有效减少反射并保持可靠的信号。此外，还有高速(HCMOS)和低压(LVCMOS) 输出，可能更适合您的特定需求。 CMOS信号输出波形 单端：晶体管到晶体管逻辑(TTL: Transistor-to-Transistor Logic) 在大多数情况下，TTL已经被CMOS淘汰了。这是因为CMOS比TTL具有更低的成本和更好的抗噪性。CMOS和TTL都非常适合低功耗、高输出摆幅和相对较低的成本需求。 差分：发射极耦合逻辑(ECL: Emitter Coupled Logic) ECL 主要是作为 TTL 的良好替代品引入的。ECL电路可以非常快速地改变状态，这使得它们更能满足非常高速的数据传输需求。然而，ECL确实有一些缺点。它需要相当高的电流才能运行，并使用负电源，这在尝试连接到正极基极电源设备时可能会带来挑战。 差分 ： 正发射极耦合逻辑(PECL: Positive Emitter Coupled Logic)和LVPECL 正发射极耦合逻辑(PECL)输出经常用于高速时钟分配电路。这是因为PECL具有高抗噪性、在长线路长度上驱动高数据速率的能力，以及由于电压摆幅大而具有的良好抖动性能。PECL的主要缺点是需要高功耗才能运行。 低压PECL(LVPECL)为千兆以太网(GbE)和光纤通道的使用奠定了良好的基础。LVPECL在电气上与低压差分信号(LVDS)相似，但提供更大的差分电压摆幅和略低的电源效率。LVPECL的输出可能会出现一些挑战，因为需要端接来发射电压。另请注意，不同制造商的差分接收器可能具有不同的输入容差。所以，请一定记住你所需要的规格，了解哪种接收器最适合您！ LVPECL信号输出波形 差分：电流模式逻辑(CML：Current-Mode Logic) CML具有与LVPECL相似的性能。主要区别在于CML不需要外部偏置。这使得CML在低功耗问题时成为LVPECL的良好替代品。 差分 ： 低压差分信号(LVDS：Low Voltage Differential Signaling) LVDS与LVPECL类似，但LVDS的功耗较低，电压摆幅往往较小。此输出通常用于高速数据传输需求，如时钟分配或背板收发器。对于更高的数据速率，通常需要高速电流转向逻辑 （HCSL）、CML 或 LVPECL，但需要比 LVDS 更高的功耗。 LVDS还降低了对噪声的敏感性，并且易于在CMOS集成电路（IC）中实现。LVDS的一个缺点是与PECL相比，其抖动性能降低，但正在研究新技术，以实现与LVPECL相同水平的抖动性能。 LVDS信号输出波形 高速电流转向逻辑(HCSL：High Speed Current Steering Logic) HCSL 是一种较新的输出标准，类似于 LVPECL。HCSL的一个优点是其高阻抗输出和快速开关时间。建议使用 10 至 30 欧姆串联电阻器，以减少可能的过冲和振铃。其他优势包括最快的开关速度、平均功耗（介于 LVDS 和 LVPECL 之间）以及中等到良好的相位噪声性能。 HCSL信号输出波形 哪种振荡器输出信号类型适合您的需求？ 差分与单端 正弦波通常提供最佳的相位噪声，其次是CMOS，然后是差分。 更高的频率往往需要差分信号。 差分信号具有更好的上升和下降时间。 差分信号对共模噪声的抵抗力更强。 差分信号的EMI(电磁干扰)问题较少。 易用性 LVDS只需要在接收器上设置一个电阻器，而LVPECL需要在发射器和接收端同时端接。 速度最快 LVDS比CMOS更快，HCSL和LVPECL比LVDS速度更快，但可能需要更高的功率。 功耗最低 LVPECL速度更快，但功耗更高，因此我们建议使用CMOS或LVDS来实现低功耗。 抖动性能 如果是从抖动性能来看，LVPECL信号输出是可以获得最佳抖动性能，然后是LVDS，然后是CMOS。

各个领域向智能化的深入演进，加深了CMOS图像传感器和行业应用的创新耦合，这个赛道正发生很多新鲜事…… 1月19日开启预定，2月2日在美国上市，苹果正式官宣了Vision Pro的上市时间。 在空间计算时代开启之际，除了Vision Pro的售价之外，其上承载不同功能的图像传感器也成为光电产业界人士普遍关心的领域。“毕竟，一台Vision Pro上搭载了12颗图像传感器，用于眼球追踪，用于手势追踪，也用于EyeSight的透传……” 艾迈斯欧司朗资深现场支持工程师王明海介绍道。 在强调智能的当下，图像传感器的应用场景在不断扩增，市场对它的需求也正水涨船高。 1、4大时代考题 结合多年来跟客户的交流，以及业界权威人士的反馈， 艾迈斯欧司朗将目前市场上对CMOS图像传感器的需求汇总成4大类，一一明细。 如上图所示（其中深绿色代表当前业界致力发展的特性，浅绿色表示已在业界达成共识并提上日程的特征，白色代表重要但非当前紧迫的需求），其一便是 图像质量 。 在图像质量这一大分类下， 分辨率、信噪比、动态范围 三大指标首当其冲。 现在，各个应用都对图像传感器的分辨率提出更高要求，相比智能手机端动辄几千万的分辨率要求，在工业视觉端，一些厂商几年前就已推出3亿个像素的图像传感器。总之，提到分辨率，只有一个要求：更上一层楼！ 其次，不仅要求自身打铁硬，而且需要对各种环境的“普适性”，信噪比就很关键。特别是在部分场景中，为了节能，还会省掉辅助光源，这就要求图像传感器在低亮度的情况下，还能得到较为清晰的图像。此时，高信噪比就能凸显其优势了。 此外，即动态范围。举个例子，比如无人机，它既有可能在大太阳下飞行，也有可能在飞行中穿越山洞或者树荫，一亮一暗，环境光的变化非常大，但无人机仍需正常工作，它就需要很高的动态范围，而这也将对图像传感器提出同样的高要求。 在4大类之中，除了图像质量外， 光谱响应 也极为重要。特别是在之前提到的暗光环境或者晚上，如何来提高画面质量，就需要增加近红外波段的响应度并结合多光谱从而获得除了颜色外的更多信息，比如材质。 在其余2大类需求中，一方面是在 图像传感器集成设计 ，其中要考虑小尺寸、低功耗； 另一方面是 智能需求 ，图像传感器正变得越来越智能，在采集图像信息之后，不再需要发往后面平台去做软件处理的部分，而是集成在图像传感器内解决掉简单的处理需求。比如利用Photo-counting，无需通过模数转换即可知道信号强度；又或者基于3D功能，直接提供深度信息。 而就融合3D功能，我们已经看到此方面CMOS图像传感器在智能IoT领域中的落地。 2、走进IoT领域“编内” “在智能IoT领域，智能机器人、智能门锁以及无人机都是CMOS图像传感器的典型应用，市场的需求量也非常大。” 区别于机器视觉应用，其性能高低，通常直接取决于图像传感器本身的质量。而在智能IoT领域，图像传感器通常需要结合一些应用和算法最终集成在终端产品上，如下图中右上角所示，很多图像传感器都是结合了3D应用。 但其实起初，扫地机器人中并没有视觉系统，所以也可以此为例来看看视觉系统是如何一步步进入到终端产品中，并伴随其不断演进的。 据悉，最开始的时候，扫地机器人的工作模式主打一个随机，碰壁之后换个方向继续干，它既没有路线的规划，也没有视觉系统的加入，因此它也不知道自己走的路线有没有重复。 2014年的时候，戴森将视觉系统加入扫地机器人，通过视觉导航保证扫地机器人可以更有效且在不遗漏的情况下去清扫。 随后的2015年，iRobot引入了同步定位与建图的SLAM系统，通过视觉实时构建地图，在扫地机器人不知道房子结构的前提下，一样可以有效进行清扫。 自2020年之后，国内一众扫地机器人厂商推动了3D技术的引入。自此，也开启了将图像传感器结合3D传感器在一起，并引入扫地机器人的征程。 3、应用疆域，广！ 除了智能IoT领域，CMOS图像传感器已广泛深入诸多领域。 去年下旬，知名研究机构Yole Group旗下的Yole Intelligence发布了一份2023年CMOS图像传感器（CIS）行业现状报告。该报告指出，2022年全球CMOS图像传感器的前三大市场为移动领域（134.52亿美元）、汽车（21.86亿美元）和计算（19.68亿美元）。 *图源：Yole Intelligence 预计到2028年，CIS行业整体复合年增长率为5.1%，达到288亿美元。 其中，移动市场（167.20亿美元）、汽车（36.27亿美元）和安全（32.80亿美元）将成为前三大市场。此外，安全市场（17.6%的CAGR）和医疗市场（10.2%的CAGR）将成为增长最快的细分市场。 王明海也在介绍中将CMOS图像传感器的应用疆域大致作了如下图所示的明细。 据王明海介绍，从大的应用领域来看，工厂自动化在近几年得到了飞速的发展，其中的关键促进点就是电动汽车行业的大力发展。 “电动汽车的销量激增带动了对锂电池的需求，而每个锂电池包都需要有一个大面积的工业相机去检测它的缺陷，”王明海补充道。这也使得其成为机器视觉发展最为迅速的领域。 同样，在军事、科学行业，CMOS图像传感器同样也在贡献自己的力量，还记得登上火星的“毅力号”探测器吗？ 它上面搭载的23台相机中，有10台均采用了艾迈斯欧司朗的CMV系列CMOS图像传感器。 而在这些已量产的产品中，都叠加了艾迈斯欧司朗如下5项技术，以此进一步提升用户体验。 一、BSI。 如果要保证在暗光下依然能够拥有较强的感光能力，那背照式工艺（Back-Side Illumination）必不可少。 二、堆叠。 将PD和半导体晶圆层上下堆叠，而非平行铺开，从而带来能效提升。 三、全局曝光。 特别是在工业应用中，当拍摄移动物体时，必须要用到全局曝光，否则就会有拖影。 四、独家V-GS专利。 “针对全局曝光，我们还会有一个特有IP，也是我们的独家专利，就是电压域的全局曝光像素设计专利（V-GS），通过此专利，可以在设计中获得很高的开关效率，从而降低我们本身自己的传感器底噪。” 五、系统解决方案。 通常在设计摄像头时，需要在图像传感器前面加上镜头，艾迈斯欧司朗通过将镜头迭代在图像传感器上形成一个小的相机模组，如此一来用户使用将更加便捷。 这个工艺在Mira016或者NanEye产品上已经落地量产，将精细化的镜头，尺寸大约在1mm×1mm叠加在CMOS图像传感器上（如下图所示）。“因此，我们内部也把这个工艺叫做WLA，也就是Wafer Level Optical。” 4、第三代Mira系列：更智能，更强大 在全局曝光的面阵图像传感器中，Mira已经是艾迈斯欧司朗的第三代产品了（前2代分别是CMV系列和CSG系列）。 对于Mira系列而言，除了保持了全局曝光以及低功耗的特性外，还有2点值得强调： 其一，它用堆叠BSI的方式做到了大分辨率兼顾小尺寸。 在下图的左下角中即可看出 ，黑色器件是它整体的package，而灰色部分是它的感光区，面积基本上跟整体package接近了； 其二， 以上图中右上角的图示来看，蓝色线是第一代图像传感器CMV的量子效率，而橙色线是第三代Mira系列的量子效率，特别是在红外850nm~940nm的部分，以940nm为基准， Mira系列的量子效率提高了40%。 当然在Mira系列中，更值得一提的是它集成了很多智能的功能模块，这也让它在很多应用场景中带来意想不到的效果。 比如，在传统的Bayer阵列中增加近红外 （也就是下图中的黑色I） 。如果用Mira系列去设计公司大楼的门禁系统，那只用一个摄像头就可以同时提供2套数据：RGB和红外。 通常，RGB数据用于将人物对号，此时还需红外光来确认当前是照片还是真实的人。因为如果是照片的话，它返回的信息是均匀的，而真实的人脸则不是，这是一个很典型的应用。 而在传统的系统设计中，实现这个功能需要2个摄像头。 比如，像素级背景减除技术。 例如我们以灰色地毯为背景，当灯光照射下来时，灰色地摊上会有它的影子，那如果我只需要灯的影子怎么办？ 当开启像素级背景减除功能后，只需开灯拍一张照片，然后关灯拍一张照片，并在片内减去背景就好。 但其他通用做法是开灯曝光一次，读取数据一次，关灯曝光一次，读取数据一次，再利用外面的MCU去实现减去背景的操作，如此一来，将会大大增加处理时间，毕竟时间就是功耗。 此外，还有就是事件检测功能， 而且是聚焦于图像传感器的事件检测功能。 “用例子介绍会让人更易了解。” 假设在地下车库，正常情况下，不论白天黑夜，地下车库的环境光是一定的，它处于一个相对恒定的环境中。若有车驶入，摄像头捕捉到该区域的图像发生变化，即确定有车进入，执行相应操作。 同时，在事件检测的整个过程中，只需将事件检测的采样频率设置在1分钟左右，当检测到有车进入，需要去拍其车牌时，再将其自动调整为正常运行模式。如此一来，也将极大减低整个系统的平均功耗。 据悉，上述这些智能体验都仅集成在Mira系列CMOS图像传感器中。

【CMOS逻辑IC基础知识】——受欢迎的CMOS逻辑IC 在上期的芝识课堂中，我们和大家简单认识了逻辑IC的基本知识和分类，并且特别提到CMOS逻辑IC因成本、系统复杂度和功耗的平衡性最好，因此得到了最广泛应用。今天我们就详细跟大家一起了解CMOS逻辑IC的基本操作。 什么是CMOS呢？ 使用互补的p沟道和n沟道 MOSFET 组合的电路称为CMOS（互补MOS）。CMOS逻辑IC以各种方式组合MOSFET来实现逻辑功能。其中由一对p沟道和n沟道MOSFET组成的 逻辑门 称为 反相器 。图1是一个基本的逻辑IC结果示意，图2用流程图的形式，简要介绍了反相器的操作。 图1 CMOS 逻辑IC示意 图2 反相器工作基本原理示意 在CMOS逻辑IC中，通过组合p沟道和n沟道MOSFET可以实现各种逻辑功能，从而根据不同的输入得到想要的输出结果。当MOSFET的栅极-源极电压超过某个电压（阈值电压，|V th |）时，漏极-源极 电阻 减小，使得MOSFET导通。这种漏极-源极电阻称为导通电阻。n沟道和p沟道MOSFET的栅极和源极之间施加的电压方向不同。图3显示了MOSFET导通的条件。 图3 MOSFET导通的条件 N沟道MOSFET：当栅极电压比源极电压高|V th |时，n沟道MOSFET导通。 P沟道MOSFET：当栅极电压比源极电压低|V th |时，p沟道MOSFET导通。 如图4所示的反相器作为CMOS逻辑IC的基本组成部分，它的工作情况如下。当V IN 处于V CC 或GND电平时，p沟道或n沟道MOSFET均关断。因此，V CC 和GND之间只有很小的电流（I CC ）流过。当输入处于稳定状态时（处于V CC 或GND电平），I CC 非常低。 图4 CMOS逻辑IC（反相器）的组件 图5则显示了CMOS的V IN -I CC 曲线。当V IN 介于0和|V th |之间或V CC －|V th |和V CC 之间时，V CC 和GND之间只有很小的电流（I CC ）流过。但是，当V IN 介于|V th |和V CC －|V th |之间时，直通电流从p沟道MOSFET到n沟道MOSFET，从而增加了I CC 。因此，应注意确保避免对于V IN 的输入变化过慢。 图5 CMOS逻辑IC的V IN -I CC 曲线 了解了CMOS逻辑IC的基本工作原理，我们接下来通过展示横截面示例来更深入地学习CMOS逻辑IC的构造： 下图中，#1为N基底，通常是 晶圆 基底。#2为P阱，指的是形成n沟道MOSEFT的区域。#3为n沟道MOSFET源极的扩散区。#4为n沟道MOSFET漏极的扩散区。#5为p沟道MOSFET漏极的扩散区。#6为p沟道MOSFET源极的扩散区。#7为p阱偏压扩散区。#8为n基底偏压扩散区。买电子元器件现货上唯样商城 图6 横截面示例 作为CMOS逻辑IC的制造者，自推出第一个标准CMOS系列（4000系列）以来， 东芝 已经发布了连续几代高速和低压CMOS逻辑IC，包括标准CMOS、高速CMOS、升级版CMOS、特高速和低压与超低压系统等不同指标的产品。未来东芝将继续提供适用于各种应用的CMOS逻辑IC。 图7 东芝CMOS IC系列 在今天的芝识课堂中，我们为大家详细描述了CMOS逻辑IC的基本操作流程，不过这种操作流程用一篇图文的形式表达理解起来还是有些难度，如果您想要了解更多更详细的芝识，欢迎到东芝官网学习吧！