快速閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)探析

引 言

目前電子產(chǎn)品的智能化、微型化乃是大勢(shì)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(cè)（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(cè)的技術(shù)支持。從閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的角度來(lái)看，數(shù)據(jù)手冊(cè)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(shí)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(cè)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(cè)簡(jiǎn)介

集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)是集成電路芯片制造商提供的芯片使用手冊(cè)，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(kù)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(shí)序圖（Timing Diagram）、詳細(xì)型號(hào)說(shuō)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(guò)程中查閱最多的文檔資料。

2 集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的閱讀內(nèi)容

2.1 閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的簡(jiǎn)介部分

閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)（Datasheet）簡(jiǎn)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(chǎng)合。主要包括產(chǎn)品提供商、元器件型號(hào)、封裝類型、基本特性或應(yīng)用場(chǎng)合等內(nèi)容。概述（General Description），相對(duì)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(cè)會(huì)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(wú)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(hào)，若單片機(jī)集成電路AT89S52 是5 V 工作電源，只有一個(gè)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(gè)工作電源 VDD 引腳與多個(gè)接地引腳GND。其次接線圖（Connection Diagram）或引腳描述（Pinout andPin Description）會(huì)告訴讀者引腳的編號(hào)、功能，注意選用的芯片封裝，不同的封裝往往編號(hào)相同但引腳功能不同。最后功能塊圖（Block Diagram）會(huì)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(zhǎng)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(huì)損壞或無(wú)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(cè)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(zhǎng)期工作。不僅要查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)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(duì) Data Sheet 的延伸和補(bǔ)充，是制造商對(duì)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(huì)在 Data Sheet 中加以說(shuō)明。

2.4 器件的封裝

在進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，必須確定芯片的封裝，因?yàn)椴煌姆庋b其引腳的編號(hào)很可能不同，且制作電路板時(shí)必須有詳細(xì)的尺寸才能建PCB 元件庫(kù)。封裝尺寸（Package Dimensions） 或封裝信息（Package Information） 會(huì)詳細(xì)說(shuō)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(kù)元件封裝參考圖（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）。

2.5 橫向閱讀

通過(guò)橫向閱讀可以閱讀不同公司相同產(chǎn)品的數(shù)據(jù)手冊(cè)， 因?yàn)橛械闹圃焐烫峁┑臄?shù)據(jù)手冊(cè)比較詳細(xì)，而有的則比較簡(jiǎn)單，且僅部分制造商會(huì)提供應(yīng)用筆記參考。同時(shí)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(duì)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(gòu)

認(rèn)真閱讀訂貨須知（Ordering Information），主要內(nèi)容為型號(hào)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(shí)，需提供詳細(xì)的型號(hào)才能采購(gòu)， 同時(shí)注意包裝信息，方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)貼裝。

2.7 微控制器的閱讀

對(duì)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(shí)鐘、定時(shí)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(cè)方法建議

閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)方法

快速閱讀集成電路芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，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(cè)及芯片應(yīng)用筆記資料，亦可通過(guò)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(shí)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(wú)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(hào)與所提供資源的關(guān)系；

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

7)軟件編程時(shí)應(yīng)注意分析并讀懂時(shí)序圖，不必閱讀大量的文字說(shuō)明；

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

9)注意結(jié)合芯片采購(gòu)，選中的型號(hào)或封裝需能在市場(chǎng)采購(gòu)到且要考慮供貨時(shí)間、價(jià)格成本等，尤其對(duì)于用量不大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，更應(yīng)注意供貨市場(chǎng)的穩(wěn)定性。

10)考慮芯片的生命周期，同時(shí)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(cè)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(cè)建議

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

1)平時(shí)可以通過(guò)選擇兩篇典型的數(shù)據(jù)手冊(cè)，如美國(guó)安森美（ONSemiconductor）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(guó)外；

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

4 結(jié) 語(yǔ)

閱讀英文版集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)，在閱讀過(guò)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(chǎng)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(guò)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(cè)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。