工程师需了解的芯片datasheet
硬件设计 2021-05-11


本文主要介绍芯片datasheet的查找、使用方法以及重要性,不管是设计硬件电路还是编程,datasheet都是重要的资料, 芯片的使用方法都在datasheet里,这也是最权威的资料!

Datasheet(数据手册)的快速阅读能力是每个工程师都应该具备的基本素养。

无论是项目开始阶段的选型还是后续的软硬件设计,到后期的项目调试,经常有工程师对着英文的datasheet发愁,这么厚的资料,一页页的读,那得通宵啊!

虽然有些半导体公司会把自己的数据手册翻译为中文,但大部分估计都是翻译软件给翻的,里面错误很多,有些就只把大标题翻译了一下,后面的详细说明还是英文,所以还是直接看英文原版靠谱。

那么如何才能用最短的时间找到最需要的内容呢?

简单来说,datasheet包括性能介绍(芯片做什么用的)、管脚定义(要画原理图)、内部寄存器定义(要写程序)、封装形式(制造采购都要问的),这些基础信息都会写的很明白。

另外,作为硬件工程师,必须注意的还有器件的典型性能、最小和最大需求以及特性、在不损坏它的条件下你能做什么、以及使用建议和提示。


0 1 从项目角度来看datasheet

首先是器件选型, 在项目前期的准备阶段,器件选型是一个非常重要的工作内容。 相应的每款芯片的datasheet开始最醒目的位置都会有一个简介和feature list,包括器件的供电电压、电流、功耗、资源、封装信息等等基本内容。 通过这些内容我们就可以快速的明确芯片功能和使用领域,确定芯片是否能满足项目需求, 以此来进行快速的筛选,完成选型工作。 确定了器件型号以后,我们就要开始后面的设计工作。 对硬件工程师来说,器件的封装、管脚分配和参考设计这几部分就是最先要关注的点,有了这几部分,硬件工程师就可以马上开展工作了。

然后有些datasheet会体贴的把参考板的PCB layout也放进来,有些会把这部分内容单独形成一个demo文档。 在通用的部分,如供电,复位,调试电路等等,我们可以尽量的参考这些有用的文档,详细阅读layout设计指南,在PCB布局布线上降低风险,提高一次成功的概率。
由于每个项目的需求不一样,在器件的使用上也会有所区别,那么这些和参考设计不一样的地方就是我们要重点关注的点。 我们可以一边设计一边查找,比如在具体管脚上拉下拉或者悬空的时候都要格外小心,经常会有一些小陷阱在这些管脚的处理上,一般datasheet里都会有明确的说明,需要我们仔细阅读。 Datasheet里面经常会包含很多图表,我们在前期硬件设计的时候可以有重点的关注。 如器件的推荐使用参数,高低电平判别电压等等,这些在设计前期一定要明确。 一些器件的非线性参数会通过图形的方式来说明,比如二极管的导通电阻,在不同的使用电压条件下,是不一样的,这个就需要我们根据不同的项目使用要求去确定。 或者有些资料里面会用图表的形式说明器件性能,这些也需要在设计阶段关注一下。 还有些图表表示了器件的测试方法,这些在设计前期可以暂时忽略,等用到的时候再详细了解就可以了。
除了硬件内容外,datasheet里面还会包含软件部分,不同的器件软件部分工作差别很大,很难一概而论。 掌握一个基本原则就是先主后次。 主就是关注器件的boot、reset、地址空间、调试信息等等,也就是和器件正常工作相关的主要部分,先要保证器件能工作起来。 次就是器件的外设接口等等,器件能正常工作了,我们再去根据datasheet的介绍分别调试各个不同的模块。 基本上通过以上内容我们就可以完成设计了,但是很多大厂的datasheet其实并不仅仅包含这些内容。 比如ADI公司的一些ADC/DAC器件资料里面,还会包含AD/DA转换的原理性讲解内容,这些和芯片相关的第一手资料有时候讲的比教科书里还清楚,如果能在有时间的时候仔细研读,对我们的设计无疑是会有很大帮助的。 Datasheet既是我们设计上的好帮手,也是学习的好资料。 


0 2 各取所需

读datasheet最高深的境界,不仅要看datasheet上面的内容,凡是涉及到的算法、协议、配合器件都要懂,要善于做延展辅助阅读,甚至看清楚芯片背后的设计哲学。 听说要写个datasheet简单的三四个月,难的甚至需要四五年,融入的其实都是精华。 当然,不同职业从datasheet里获得的信息重点是不一样的。

  • 如果你是IC design,可能更注意application note、diagram、reg file。
  • 如果是你硬件工程师,会注意电器特性、pin list、封装尺寸等几个章节。
  • 如果你是Marketing,会关注feature list、reference design、电器特性等章节。
  • 如果你是software engineer,需要看寄存器和软件章节。
  • 如果你是project manager,需要关注所有章节。
  • 如果你是学生,可以练练英语阅读吧。
能用到芯片的职业无非下面几种:
  • 第一种,制作芯片的,微电子,半导体行业的,画芯片版图,了解芯片内部构造功能的;
  • 第二种,应用芯片的,也就是满足项目或者产品需求,需要芯片来作为某一环节功能实现的;
  • 第三种,对芯片提供外围电路支持,布局布线,画电路板。
另外,一个比较主要的工作是为芯片提供电源解决方案,可能是第二种工程师也可能是第三种工程师。
在形形色色的电子世界里面,第二种类型的工程师从业人数最多,有纯硬件的工程师,也有嵌入式软件工程师,有模拟电路工程师,也有数字电路工程师,他们的共同点就是面向应用。 


0 3 最后

每家公司的datasheet都有严格的规范,及独特的风格,有时候还会穿插一些原理性的介绍,甚至比教科书写得还好。 设计新手可以从典型芯片入手,触类旁通,但datasheet只是一个参考,要掌握芯片其实还是要靠应用、以及out of spec的验证和调试。
datasheet也是了解一家公司技术最准确的途径之一,有些工程师在面试前会在公司官网上面仔细阅读其datasheet,研究里面用到的电路,增加录用概率。

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