Low Voltage 20-Bit D-Type Flip-Flops with 5V Tolerant Inputs and Outputs The 74LCX16821MEA is a low-voltage CMOS 20-bit flip-flop manufactured by Fairchild Semiconductor. It operates with a supply voltage range of 2.0V to 3.6V, making it suitable for low-power applications. The device features 20 D-type flip-flops with 3-state outputs, allowing for high-speed data transfer and bus interface applications. It supports 5V-tolerant inputs and outputs, ensuring compatibility with mixed-voltage systems. The 74LCX16821MEA is designed with a flow-through pinout for easy PCB layout and offers a typical propagation delay of 3.8 ns at 3.3V. It is available in a 56-pin SSOP (Shrink Small Outline Package) and is characterized for operation from -40°C to +85°C.

Low Voltage 20-Bit D-Type Flip-Flops with 5V Tolerant Inputs and Outputs# Technical Documentation: 74LCX16821MEA 20-Bit Bus Interface Flip-Flop

*Manufacturer: FAIRCHILD*

## 1. Application Scenarios

### Typical Use Cases
The 74LCX16821MEA serves as a  high-performance 20-bit bus interface flip-flop  primarily employed in digital systems requiring  temporary data storage and signal synchronization . Key applications include:

-  Data Bus Buffering : Acts as an intermediate storage element between microprocessors and peripheral devices, preventing data corruption during high-speed transfers
-  Pipeline Registers : Implements pipeline stages in processor architectures to improve instruction throughput
-  Signal Synchronization : Aligns asynchronous signals to system clocks in mixed-timing domain applications
-  Bus Hold Applications : Maintains bus states during tri-state conditions, eliminating floating bus issues

### Industry Applications
-  Computing Systems : Memory address latches, CPU interface circuits, and motherboard data path management
-  Telecommunications : Digital switching systems, router interface cards, and network processor subsystems
-  Industrial Automation : PLC input/output modules, motor control interfaces, and sensor data acquisition systems
-  Automotive Electronics : Infotainment systems, body control modules, and engine management units
-  Consumer Electronics : Gaming consoles, set-top boxes, and high-end audio/video processing equipment

### Practical Advantages and Limitations

 Advantages: 
-  Low Power Consumption : 5V tolerant with 3.3V operation, typically consuming <100μA static current
-  High-Speed Operation : 5.5ns maximum propagation delay at 3.3V, supporting frequencies up to 200MHz
-  Noise Immunity : Advanced CMOS technology provides excellent noise margins (400mV typical)
-  Live Insertion Capability : Supports hot-swapping in backplane applications with power-off protection
-  Bus Hold Circuitry : Eliminates need for external pull-up/pull-down resistors

 Limitations: 
-  Limited Drive Capability : Maximum output current of 24mA may require buffers for high-capacitance loads
-  Temperature Sensitivity : Performance degrades at extreme temperatures (-40°C to +85°C operational range)
-  Power Sequencing : Requires careful power management in mixed-voltage systems
-  Simultaneous Switching : May experience ground bounce with multiple outputs switching simultaneously

## 2. Design Considerations

### Common Design Pitfalls and Solutions

 Power Supply Decoupling 
-  Pitfall : Inadequate decoupling causing voltage droops during simultaneous switching
-  Solution : Implement 0.1μF ceramic capacitors within 5mm of each VCC pin, plus bulk 10μF tantalum capacitors per board section

 Clock Distribution 
-  Pitfall : Clock skew between flip-flops causing metastability and timing violations
-  Solution : Use balanced clock trees, matched trace lengths, and dedicated clock buffers

 Signal Integrity 
-  Pitfall : Ringing and overshoot on high-speed signals due to impedance mismatches
-  Solution : Implement series termination resistors (22-33Ω) near driver outputs for critical signals

### Compatibility Issues with Other Components

 Voltage Level Translation 
- The 5V-tolerant inputs allow direct interface with 5V logic families, but output levels are 3.3V CMOS
- When driving 5V TTL inputs, ensure the 2.0V VOH minimum meets receiver VIH requirements

 Mixed Logic Families 
- Compatible with other LCX series devices without level shifting
- Interface with LVTTL requires attention to VIL/VIH thresholds
- Avoid direct connection to older 5V CMOS families without level translation

 Timing Constraints 
- Setup/hold times (2.0ns/1.5ns typical) must be respected when interfacing with slower peripherals
- Clock