快速閱讀集成電路芯片數(shù)據(jù)手冊探析

引 言

目前電子產(chǎn)品的智能化、微型化乃是大勢所趨，而設計的重點主要為硬件電路設計與軟件程序設計。硬件電路設計必須熟悉集成電路芯片的功能及相應的應用電路，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）。

在項目設計階段的芯片選型、硬件電路設計、軟件程序設計，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)項目設計的功能要求，選擇并熟悉集成電路芯片功能參數(shù)、設計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，供設計者參考。

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）、詳細型號說明及訂貨信息（Ordering Information）等，是工程師在電子產(chǎn)品設計、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）標注的是基本電氣的性能；應用（Applications）大致了解芯片的用途，可應用在哪些方面等。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

首先要特別注意元器件的工作電源及引腳編號，若單片機集成電路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 andPin 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， 方便使用者進一步熟悉芯片內(nèi)部的資源；注意事項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、正確設計外圍接口電路并選取正確電路參數(shù)的前提。

2.3 外圍電路的設計

閱讀芯片數(shù)據(jù)手冊的最終目的是使用電子元器件進行電路設計。正確設計外圍電路是應用該電子元器件的前提。所謂外圍電路設計就是在電子元器件的外面添加一些電阻以限流，添加電容進行濾波，添加三極管進行電流放大，添加光電藕合器進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)手冊提供的典型應用電路（Typical Application Circuit） 作為參考，還要特別注意制造商提供的應用筆記（Application Note），應用筆記是生產(chǎn)制造商對 Data Sheet 的延伸和補充，是制造商對芯片使用經(jīng)驗的總結，提供的參考電路具有非常好的實用效果，若有應用筆記一般會在 Data Sheet 中加以說明。

2.4 器件的封裝

在進行原理圖設計時，必須確定芯片的封裝，因為不同的封裝其引腳的編號很可能不同，且制作電路板時必須有詳細的尺寸才能建PCB 元件庫。封裝尺寸（Package Dimensions） 或封裝信息（Package Information） 會詳細說明芯片的機械尺寸，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， 因為有的制造商提供的數(shù)據(jù)手冊比較詳細，而有的則比較簡單，且僅部分制造商會提供應用筆記參考。同時還可以從互聯(lián)網(wǎng)上百度芯片的應用案例，并進入知網(wǎng)查閱芯片的相關應用論文，以進一步加深對芯片應用的理解，正確、快速設計出芯片的應用電路。

2.6 元器件的采購

認真閱讀訂貨須知（Ordering Information），主要內(nèi)容為型號的詳細含義，注意芯片引腳數(shù)、芯片封裝、引腳間距、工作溫度范圍、包裝形式等標識，需提供詳細的型號才能采購， 同時注意包裝信息，方便實現(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E2PROM 或D_Flash 空間、系統(tǒng)振蕩電路及時鐘、定時器 / 計數(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） 引腳往往是復合多功能引腳，其功能的確定由相關寄存器設置，因此硬件設計必須與軟件設計相結合。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

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，熟悉芯片的相關參數(shù)，確認該芯片能否滿足功能需求；

3)硬件設計時要研究與引腳、功能控制等相關的芯片內(nèi)部資源；

4)軟件編程要熟悉相關寄存器；

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系；

6)注意關連性，如用到定時器時要熟悉系統(tǒng)時鐘，因為定時器的時鐘源來自系統(tǒng)時鐘分頻；

7)軟件編程時應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應用性案例作為參考，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)品設計，更應注意供貨市場的穩(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）以及法律責任申明等信息，這也是較好利用芯片的關鍵所在。

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（ONSemiconductor）的 NTD5865NL功率 MOSFET管和意法半導體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，因為大多數(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 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內(nèi)容與所需功能相結合，芯片選型和市場供貨相結合，硬件設計和軟件設計相結合，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。