快速閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊探析

張愛良+范雪

摘 要：文中從電子工程師應(yīng)用的角度，簡單介紹了集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊，就集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊的快速閱讀內(nèi)容、方法等作了歸納總結(jié)，并給出了快速閱讀建議，以供電子工程師設(shè)計(jì)時參考。

關(guān)鍵詞：集成電路芯片；數(shù)據(jù)手冊；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)；微控制器

中圖分類號：TP39；TN60 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）06-00-02

0 引 言

目前電子產(chǎn)品的智能化、微型化乃是大勢所趨，而設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要為硬件電路設(shè)計(jì)與軟件程序設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)必須熟悉集成電路芯片的功能及相應(yīng)的應(yīng)用電路，為此我們經(jīng)常需要閱讀集成電路芯片的數(shù)據(jù)手冊（Datasheet）。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的芯片選型、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)，直至后期的產(chǎn)品系統(tǒng)調(diào)試等，都離不開集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊的技術(shù)支持。從閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊的角度來看，數(shù)據(jù)手冊大致可分為兩大類，一類是不帶有CPU的集成電路芯片，如常用的74HC系列數(shù)字電路、功率MOSFET電子器件等；另一類是帶CPU的集成電路芯片-微控制器等，如STM8S系列、ARM Cortex-M4。

如何在最短的時間內(nèi)根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的功能要求，選擇并熟悉集成電路芯片功能參數(shù)、設(shè)計(jì)硬件原理圖及印制電路板圖，直至最終完成系統(tǒng)調(diào)試工作，本文從電子工程師應(yīng)用的角度，就集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊的快速閱讀內(nèi)容、方法、建議作歸納總結(jié)，供設(shè)計(jì)者參考。

1 集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊簡介

集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊是集成電路芯片制造商提供的芯片使用手冊，比較詳細(xì)地描述產(chǎn)品的特性（Features）、電氣特性（Electrical Characteristics）、引腳功能（Pinout and Pin Description）、典型應(yīng)用電路（Typical Application Circuit）、封裝尺寸（Package Dimensions）或封裝信息（Package Information）、PCB庫元件封裝參考圖（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）、備用功能映射（Alternate Function Remapping）、通用硬件寄存器映射（General Hardware Register Map）、時序圖（Timing Diagram）、詳細(xì)型號說明及訂貨信息（Ordering Information）等，是工程師在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、維修等工作過程中查閱最多的文檔資料。

2 集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊的閱讀內(nèi)容

2.1 閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊的簡介部分

閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊（Datasheet）簡介部分的目在于知道這是什么元件，有什么功能，可應(yīng)用在什么場合。主要包括產(chǎn)品提供商、元器件型號、封裝類型、基本特性或應(yīng)用場合等內(nèi)容。概述（General Description），相對而言比較籠統(tǒng)的介紹了芯片的功能；特性（Features） 標(biāo)注的是基本電氣的性能；應(yīng)用（Applications）大致了解芯片的用途，可應(yīng)用在哪些方面等。有些手冊會給出等效原理圖（Schematic Diagram），但只是電路效果相同，并非芯片內(nèi)部的實(shí)際電路，即使按該電路搭建，也無法替代該芯片的使用。

2.2 熟悉元器件的功能框圖、引腳功能描述及注意事項(xiàng)

首先要特別注意元器件的工作電源及引腳編號，若單片機(jī)集成電路AT89S52是5 V工作電源，只有一個接地引腳，而目前很多基于ARM Cortex-M0、ARM Contex-M4等微控制器的工作電源為3.3 V，且有多個工作電源VDD引腳與多個接地引腳GND。其次接線圖（Connection Diagram）或引腳描述（Pinout and Pin Description）會告訴讀者引腳的編號、功能，注意選用的芯片封裝，不同的封裝往往編號相同但引腳功能不同。最后功能塊圖（Block Diagram）會描述芯片內(nèi)部的主要功能模塊，方便使用者進(jìn)一步熟悉芯片內(nèi)部的資源；注意事項(xiàng)是指芯片工作所能長期承受的電氣參數(shù)及工作環(huán)境，超出這一條件芯片便會損壞或無法正常工作。正確理解引腳功能描述是使用芯片、正確設(shè)計(jì)外圍接口電路并選取正確電路參數(shù)的前提。

2.3 外圍電路的設(shè)計(jì)

閱讀芯片數(shù)據(jù)手冊的最終目的是使用電子元器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。正確設(shè)計(jì)外圍電路是應(yīng)用該電子元器件的前提。所謂外圍電路設(shè)計(jì)就是在電子元器件的外面添加一些電阻以限流，添加電容進(jìn)行濾波，添加三極管進(jìn)行電流放大，添加光電藕合器進(jìn)行隔離以提高抗干擾或?qū)崿F(xiàn)電平轉(zhuǎn)換等，以便電子元器件能夠按照工藝控制要求正常、穩(wěn)定、長期工作。不僅要查閱數(shù)據(jù)手冊提供的典型應(yīng)用電路（Typical Application Circuit）作為參考，還要特別注意制造商提供的應(yīng)用筆記（Application Note），應(yīng)用筆記是生產(chǎn)制造商對Data Sheet的延伸和補(bǔ)充，是制造商對芯片使用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，提供的參考電路具有非常好的實(shí)用效果，若有應(yīng)用筆記一般會在Data Sheet中加以說明。

2.4 器件的封裝

在進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)時，必須確定芯片的封裝，因?yàn)椴煌姆庋b其引腳的編號很可能不同，且制作電路板時必須有詳細(xì)的尺寸才能建PCB元件庫。封裝尺寸（Package Dimensions）或封裝信息（Package Information）會詳細(xì)說明芯片的機(jī)械尺寸，主要包括芯片大小、引腳間距、引腳寬度及PCB庫元件封裝參考圖（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）。

2.5 橫向閱讀

通過橫向閱讀可以閱讀不同公司相同產(chǎn)品的數(shù)據(jù)手冊，因?yàn)橛械闹圃焐烫峁┑臄?shù)據(jù)手冊比較詳細(xì)，而有的則比較簡單，且僅部分制造商會提供應(yīng)用筆記參考。同時還可以從互聯(lián)網(wǎng)上百度芯片的應(yīng)用案例，并進(jìn)入知網(wǎng)查閱芯片的相關(guān)應(yīng)用論文，以進(jìn)一步加深對芯片應(yīng)用的理解，正確、快速設(shè)計(jì)出芯片的應(yīng)用電路。

2.6 元器件的采購

認(rèn)真閱讀訂貨須知（Ordering Information），主要內(nèi)容為型號的詳細(xì)含義，注意芯片引腳數(shù)、芯片封裝、引腳間距、工作溫度范圍、包裝形式等標(biāo)識，需提供詳細(xì)的型號才能采購，同時注意包裝信息，方便實(shí)現(xiàn)自動貼裝。

2.7 微控制器的閱讀

對于微控制器的閱讀，必須注意內(nèi)部資源及相關(guān)寄存器，具體內(nèi)容為程序空間及存貯類型、數(shù)據(jù)空間RAM、掉電保護(hù)E2PROM或D_Flash空間、系統(tǒng)振蕩電路及時鐘、定時器/計(jì)數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換、SPI接口、I2C總線、CAN總線、異步通信口UART等。值得注意的是，通用輸入輸出（GPIO）引腳往往是復(fù)合多功能引腳，其功能的確定由相關(guān)寄存器設(shè)置，因此硬件設(shè)計(jì)必須與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合。此外，從編程的角度出發(fā)，還要熟悉編譯系統(tǒng)及程序下載適配器等。

3 快速閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊方法建議

3.1 閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊方法

快速閱讀集成電路芯片的數(shù)據(jù)手冊，建議采用如下步驟：

（1）到芯片制造商官方網(wǎng)站下載數(shù)據(jù)手冊及芯片應(yīng)用筆記資料，亦可通過供貨商提供；

（2）正確理解參數(shù)的含義，熟悉芯片的相關(guān)參數(shù)，確認(rèn)該芯片能否滿足功能需求；

（3）硬件設(shè)計(jì)時要研究與引腳、功能控制等相關(guān)的芯片內(nèi)部資源；

（4）軟件編程要熟悉相關(guān)寄存器；

（5）無需閱讀全文，只需閱讀所要使用的功能部分即可，且需注意所選型號與所提供資源的關(guān)系；

（6）注意關(guān)連性，如用到定時器時要熟悉系統(tǒng)時鐘，因?yàn)槎〞r器的時鐘源來自系統(tǒng)時鐘分頻；

（7）軟件編程時應(yīng)注意分析并讀懂時序圖，不必閱讀大量的文字說明；

（8）到百度或智庫查閱相關(guān)應(yīng)用性案例作為參考，以節(jié)省研究時間，盡快正確使用。

（9）注意結(jié)合芯片采購，選中的型號或封裝需能在市場采購到且要考慮供貨時間、價格成本等，尤其對于用量不大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，更應(yīng)注意供貨市場的穩(wěn)定性。

（10）考慮芯片的生命周期，同時盡可能選用小封裝貼片元件，注意其后續(xù)的供貨生命周期及需求量，有些元件雖然新，但用戶少，有些元件雖然老但用戶多，典型的如AT89C52芯片。

（11）注意數(shù)據(jù)手冊中的“note”，重要通知（Important Notice）以及法律責(zé)任申明等信息，這也是較好利用芯片的關(guān)鍵所在。

3.2 閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊建議

閱讀芯片數(shù)據(jù)手冊的目的是為了正確應(yīng)用芯片。因此對工程師做出如下建議：

（1）平時可以通過選擇兩篇典型的數(shù)據(jù)手冊，如美國安森美（ON Semiconductor） 的NTD5865NL功率MOSFET管和意法半導(dǎo)體ST的STM8S103微控制器，閱讀研究并積累；

（2）注意提高英文閱讀能力，因?yàn)榇蠖鄶?shù)集成電路芯片產(chǎn)自國外；

（3）盡可能找制造廠家的英文版數(shù)據(jù)手冊閱讀，翻譯的中文數(shù)據(jù)手冊中往往存在錯誤。

4 結(jié) 語

閱讀英文版集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊，在閱讀過程中要將重點(diǎn)內(nèi)容與所需功能相結(jié)合，芯片選型和市場供貨相結(jié)合，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合，在閱讀過程中注意查閱并理解參數(shù)的正確含義，具備快速閱讀芯片數(shù)據(jù)手冊的能力，是所有電子工程師必須具備的基本能力，本文僅作一些探討。

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