【11】给硬件工程师的入门课-数据手册datasheet阅读入门及实践

一路带飞 2021-12-29 07:17

大家心心念念的一节终于出炉了。建议大家收藏,点赞。


很多人看了很多课程依旧停留在纸上谈兵的阶段,说起查手册还是一头雾水,因此我在文末留了两道课后题,如果能把这两道题完成,相信99%的数据手册阅读问题都能迎刃而解。


正文开始(01-03预热,04正菜,05课后作业)


01 什么是数据手册



datasheet就是电子元器件的数据手册,也叫规格书-SPEC。是硬件工程师最常查阅的文档之一。


02 阅读数据手册的重要性


数据手册就像是家里电器的说明书一样,他都有什么功能,该怎么用,严禁怎么用都说得很详细。这里我简单的总结为一句,就是根据实际项目设计需求或debug方向,能够快速查阅到自己所需要的元器件信息,并提取出正确的内容。需求-位置-提取正确内容。阅读datasheet,更应该是搜索,是带着目的去读。我们大多数时候是没有时间和精力去逐页过数据手册的。


但如果你是一个还在学习的新手,倒不妨多走走弯路,多阅读阅读手册,也是有好处的,其中的收益可能比网上东拼西凑一大抄的内容要干货。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EDN就有位工程师读者在刚毕业的前两年,每天早上坚持提前一小时去公司,朗读datasheet,借以熟悉专业英语及基础知识,后来果然成为一代高手。很多大厂的datasheet其实并不仅仅包含基本内容,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既可以是我们设计上的好帮手,也是学习的好资料。


03 几个技巧先提一下


第一,尽量知道datasheet的内容的排布,大多数手册都是有目录的,可以从目录跳转,大大提高自己的搜索效率。


第二,搜索,Ctrl+F,这里需要积累常用的英文名词,比如封装是PACKAGE,功耗是consumption。搜索单位也是非常有效的方法,比如温漂的PPM。这个是需要积累的,看多了,积累多了,就心中有数了,之前也分享过我整理的专业单词表,(关键词 英语单词本)


第三,要注意一些note的标注,有可能有特殊的设计用法,这个要格外注意。


第四,选用最新的手册,避免漏掉一些勘误。


04 datasheet包含哪些


一个芯片手册都包含哪些部分,我们以TI的ADC芯片ADS1115为例,一起来看一下。


首先,我们看这个第一页,有Feature,Applications,Description和Block Diagram


Feature。特性。主要介绍这个器件的常规基本参数,让用户能够直观的看到自己关心的参数。这里由于不同的器件在选型时考虑的参数指标不一样,所以可能有区别,往往厂商希望把这颗芯片的特色有竞争力的参数也放在这里体现。


Application。应用场景。告诉你该器件一般用于哪些领域,但不绝对,未必全。但也是一种参考,有可能厂商就有这个应用领域的整体方案。


Description。描述。说明此料的一个大体情况,封装啊,应用于啥方面,温度范围是啥,有啥接口等,能够快速的对该芯片有整体了解。


Diagram。框图。主要体现芯片内部的功能模块组成,对理解芯片的工作原理有帮助。


Pin Configuration and Functions。介绍芯片每个引脚的功能及类型。(需要重点看,可能有的会在这里有一些上下拉阻值的建议)



绝对值和建议值。 器件的工作状态在建议值之内是相对稳妥地,而超出绝对最大的额定值,芯片极有可能损坏。



Electrical Characteristics。电气特性值。这里会给定一个测试条件At VDD=3.3V等等,一定要注意测试条件和你的应用是不是对应的。

这里还要提醒大家去复习下输入输出的门限的定义。大家不懂的可以百度下Vih,ViL,Vol。这个常用,必懂。


电气特性除了上面的直流,其实还有交流的。通常是时序相关的。如下图


首先,补充下建立时间和保持时间的概念。


建立时间:在时钟沿到来之前,输入数据需要提前准备好的时间。


保持时间:在时钟沿触发之后输入数据需要保持不变的时间。


时序图是写代码必须的,仔细研究手册给出的时序图,这是对芯片进行正确操作的关键。单个信号的周期、上升时间、下降时间、建立时间、保持时间,以及信号之间的相位关系,所有这些都必须研究透彻。时序图在硬件工程师调试时也是很常用的。所以时序图必须要能看懂,会测量。文末留了一个作业。针对这方面的训练。


Register Map寄存器表。写代码,debug时用的。要会看地址,以及0、1对应的配置。



Typical Application典型应用

通常在IC的Data Sheet中还会有一些电路的应用范例,并附上运算的公式及应用的范围,这便有助于一个从事系统开发者早一点熟练使用这个IC的方法,而不用盲目地摸索测试,减少很多设计上的成本,也有助于系统设计时间的缩短。




Layout guideline。布局布线参考。PCB设计时可参考。



PACKAGE 封装及symbol设计参考。这个设计时一定要注意,避免封装错误。


以上就是datasheet 的几个主要部分。接下来,有精力的想动手的可以做下面这个作业,实践下自己能不能看懂手册。


05 datasheet阅读练习实践作业★


1.用NE555产生接近1HZ方波,可仿真(基本的手册阅读训练)

2.AT24C02芯片是IIC接口的EEPROM,用单片机改写其中几位寄存器,并读写通过串口输出,确认是改写的值。(包含时序寄存器的高阶datasheet阅读练习)


以上就是本文的全部内容啦,希望对大家有用。


如果稍微有点用,请点个赞~谢谢

一路带飞 路飞,双985通信专业毕业,从事硬件开发,擅长高速数字电路设计(X86/FPGA/ARM等)、精通微弱信号采集电路设计,对嵌入式,模电,Layout也有涉猎。分享包括但不限于技术文章、思维逻辑方法、读书笔记、职场心得、副业心得、创业心得。
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