快速阅读集成电路芯片数据手册探析
时间：2022-10-28 来源：博通范文网 本文已影响 人 
摘 要：文中从电子工程师应用的角度，简单介绍了集成电路芯片数据手册，就集成电路芯片数据手册的快速阅读内容、方法等作了归纳总结，并给出了快速阅读建议，以供电子工程师设计时参考。
关键词：集成电路芯片；数据手册；硬件设计；软件设计；微控制器
中图分类号：TP39；TN60 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）06-00-02
0 引 言
目前电子产品的智能化、微型化乃是大势所趋，而设计的重点主要为硬件电路设计与软件程序设计。硬件电路设计必须熟悉集成电路芯片的功能及相应的应用电路，为此我们经常需要阅读集成电路芯片的数据手册（Datasheet）。
在项目设计阶段的芯片选型、硬件电路设计、软件程序设计，直至后期的产品系统调试等，都离不开集成电路芯片数据手册的技术支持。从阅读集成电路芯片数据手册的角度来看，数据手册大致可分为两大类，一类是不带有CPU的集成电路芯片，如常用的74HC系列数字电路、功率MOSFET电子器件等；另一类是带CPU的集成电路芯片-微控制器等，如STM8S系列、ARM Cortex-M4。
如何在最短的时间内根据项目设计的功能要求，选择并熟悉集成電路芯片功能参数、设计硬件原理图及印制电路板图，直至最终完成系统调试工作，本文从电子工程师应用的角度，就集成电路芯片数据手册的快速阅读内容、方法、建议作归纳总结，供设计者参考。
1 集成电路芯片数据手册简介
集成电路芯片数据手册是集成电路芯片制造商提供的芯片使用手册，比较详细地描述产品的特性（Features）、电气特性（Electrical Characteristics）、引脚功能（Pinout and Pin Description）、典型应用电路（Typical Application Circuit）、封装尺寸（Package Dimensions）或封装信息（Package Information）、PCB库元件封装参考图（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）、备用功能映射（Alternate Function Remapping）、通用硬件寄存器映射（General Hardware Register Map）、时序图（Timing Diagram）、详细型号说明及订货信息（Ordering Information）等，是工程师在电子产品设计、维修等工作过程中查阅最多的文档资料。
2 集成电路芯片数据手册的阅读内容
2.1 阅读集成电路芯片数据手册的简介部分
阅读集成电路芯片数据手册（Datasheet）简介部分的目在于知道这是什么元件，有什么功能，可应用在什么场合。主要包括产品提供商、元器件型号、封装类型、基本特性或应用场合等内容。概述（General Description），相对而言比较笼统的介绍了芯片的功能；特性（Features） 标注的是基本电气的性能；应用（Applications）大致了解芯片的用途，可应用在哪些方面等。有些手册会给出等效原理图（Schematic Diagram），但只是电路效果相同，并非芯片内部的实际电路，即使按该电路搭建，也无法替代该芯片的使用。
2.2 熟悉元器件的功能框图、引脚功能描述及注意事项
首先要特别注意元器件的工作电源及引脚编号，若单片机集成电路AT89S52是5 V工作电源，只有一个接地引脚，而目前很多基于ARM Cortex-M0、ARM Contex-M4等微控制器的工作电源为3.3 V，且有多个工作电源VDD引脚与多个接地引脚GND。其次接线图（Connection Diagram）或引脚描述（Pinout and Pin Description）会告诉读者引脚的编号、功能，注意选用的芯片封装，不同的封装往往编号相同但引脚功能不同。最后功能块图（Block Diagram）会描述芯片内部的主要功能模块，方便使用者进一步熟悉芯片内部的资源；注意事项是指芯片工作所能长期承受的电气参数及工作环境，超出这一条件芯片便会损坏或无法正常工作。正确理解引脚功能描述是使用芯片、正确设计外围接口电路并选取正确电路参数的前提。
2.3 外围电路的设计
阅读芯片数据手册的最终目的是使用电子元器件进行电路设计。正确设计外围电路是应用该电子元器件的前提。所谓外围电路设计就是在电子元器件的外面添加一些电阻以限流，添加电容进行滤波，添加三极管进行电流放大，添加光电藕合器进行隔离以提高抗干扰或实现电平转换等，以便电子元器件能够按照工艺控制要求正常、稳定、长期工作。不仅要查阅数据手册提供的典型应用电路（Typical Application Circuit）作为参考，还要特别注意制造商提供的应用笔记（Application Note），应用笔记是生产制造商对Data Sheet的延伸和补充，是制造商对芯片使用经验的总结，提供的参考电路具有非常好的实用效果，若有应用笔记一般会在Data Sheet中加以说明。
2.4 器件的封装
在进行原理图设计时，必须确定芯片的封装，因为不同的封装其引脚的编号很可能不同，且制作电路板时必须有详细的尺寸才能建PCB元件库。封装尺寸（Package Dimensions）或封装信息（Package Information）会详细说明芯片的机械尺寸，主要包括芯片大小、引脚间距、引脚宽度及PCB库元件封装参考图（Soldering Footprint or Recommended Package Footprint）。
2.5 横向阅读
通过横向阅读可以阅读不同公司相同产品的数据手册，因为有的制造商提供的数据手册比较详细，而有的则比较简单，且仅部分制造商会提供应用笔记参考。同时还可以从互联网上百度芯片的应用案例，并进入知网查阅芯片的相关应用论文，以进一步加深对芯片应用的理解，正确、快速设计出芯片的应用电路。
2.6 元器件的采购
认真阅读订货须知（Ordering Information），主要内容为型号的详细含义，注意芯片引脚数、芯片封装、引脚间距、工作温度范围、包装形式等标识，需提供详细的型号才能采购，同时注意包装信息，方便實现自动贴装。
2.7 微控制器的阅读
对于微控制器的阅读，必须注意内部资源及相关寄存器，具体内容为程序空间及存贮类型、数据空间RAM、掉电保护E2PROM或D_Flash空间、系统振荡电路及时钟、定时器/计数器、A/D转换及D/A转换、SPI接口、I2C总线、CAN总线、异步通信口UART等。值得注意的是，通用输入输出（GPIO）引脚往往是复合多功能引脚，其功能的确定由相关寄存器设置，因此硬件设计必须与软件设计相结合。此外，从编程的角度出发，还要熟悉编译系统及程序下载适配器等。
3 快速阅读集成电路芯片数据手册方法建议
3.1 阅读集成电路芯片数据手册方法
快速阅读集成电路芯片的数据手册，建议采用如下步骤：
（1）到芯片制造商官方网站下载数据手册及芯片应用笔记资料，亦可通过供货商提供；
（2）正确理解参数的含义，熟悉芯片的相关参数，确认该芯片能否满足功能需求；
（3）硬件设计时要研究与引脚、功能控制等相关的芯片内部资源；
（4）软件编程要熟悉相关寄存器；
（5）无需阅读全文，只需阅读所要使用的功能部分即可，且需注意所选型号与所提供资源的关系；
（6）注意关连性，如用到定时器时要熟悉系统时钟，因为定时器的时钟源来自系统时钟分频；
（7）软件编程时应注意分析并读懂时序图，不必阅读大量的文字说明；
（8）到百度或智库查阅相关应用性案例作为参考，以节省研究时间，尽快正确使用。
（9）注意结合芯片采购，选中的型号或封装需能在市场采购到且要考虑供货时间、价格成本等，尤其对于用量不大的产品设计，更应注意供货市场的稳定性。
（10）考虑芯片的生命周期，同时尽可能选用小封装贴片元件，注意其后续的供货生命周期及需求量，有些元件虽然新，但用户少，有些元件虽然老但用户多，典型的如AT89C52芯片。
（11）注意数据手册中的“note”，重要通知（Important Notice）以及法律责任申明等信息，这也是较好利用芯片的关键所在。
3.2 阅读集成电路芯片数据手册建议
阅读芯片数据手册的目的是为了正确应用芯片。因此对工程师做出如下建议：
（1）平时可以通过选择两篇典型的数据手册，如美国安森美（ON Semiconductor） 的NTD5865NL功率MOSFET管和意法半导体ST的STM8S103微控制器，阅读研究并积累；
（2）注意提高英文阅读能力，因为大多数集成电路芯片产自国外；
（3）尽可能找制造厂家的英文版数据手册阅读，翻译的中文数据手册中往往存在错误。
4 结 语
阅读英文版集成电路芯片数据手册，在阅读过程中要将重点内容与所需功能相结合，芯片选型和市场供货相结合，硬件设计和软件设计相结合，在阅读过程中注意查阅并理解参数的正确含义，具备快速阅读芯片数据手册的能力，是所有电子工程师必须具备的基本能力，本文仅作一些探讨。
参考文献
[1] Athalye P， Maksimovic D， Erickson R. High-Performance front-end converter for avionics applications[J].IEEE Trans. On Aerospace and Electronic Systems，2003，39（2）：462-470.
[2]闫琪，王江，熊小龙.智能车设计“飞思卡尔杯”从入门到精通[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.
[3]刘建，解洪成，张卫国.交互式电子技术手册的数据来源分析[J].江苏科技大学学报（自然科学版），2007，21（S1）：84-88.
[4]马沛生.特性数据与数据手册[J].化学工程，1987，7：9-12.
[5]黄志球，徐丙凤，阚双龙，等.嵌入式机载软件安全性分析标准、方法及工具研究综述[J].软件学报，2014，25（2）：200-218.
[6] Maithil Pachchigar，Richard Liggiero.获取数据手册以外的ADC数据[J].中国集成电路，2015，24（11）：40-43.
[7]赵廷弟.安全性设计分析与验证[M].北京：国防工业出版社，2011.
[8]胡璇，杨春晖，黄茂生，等.航电系统软件需求知识本体构建及评价[J].计算机工程， 2013，39（3）：56-62.
[9]李震，刘斌，陆民燕，等.基于扩展Petri网的除冰软件安全需求建模和验证[J].北京航空航天大学学报，2012，38（1）：64-68.
[10]崔萌，李宣东，郑国梁.UML实时活动图的形式化分析[J].计算机学报，2004， 27（3）：339-346.
[11]樊晓光，禇文奎，张凤鸣.软件安全性研究综述[J].计算机科学，2011，38（5）：8-13.
[12]杨仕平，桑楠，熊光泽.安全关键软件的防危性测评技术研究[J].计算机学报，2004，27（4）：442-450.
[13]方滨兴，陆天波，李超.软件确保研究进展[J].通信学报，2009，30（2）：106-117.
[14]邵津，邓芳，王千祥.一种基于模型的软件系统监测方法[J].计算机研究与发展， 2010，47（7）：1175-1183.
[15]杜军威，徐中伟，江峰.基于动作序列的行为需求模型验证的研究[J].通信学报， 2011，32（1）：94-105.
[16]林惠民，张文辉.模型检测：理论、方法与应用[J].电子学报，2002，30（12A）： 1907-1912.
