阅读芯片手册的技巧分享 |
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阅读芯片手册的技巧分享
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这个选题想了好久一直没动工...  正好最近遇到个类似的提问，本来想着简单说一说，结果越写越多，就变成了这篇文章。 说实话我觉得阅读芯片手册就是个熟能生巧的事情，看得多设计得多，自然就熟悉了，很多东西是需要自己总结并融会贯通，看别人的经验并不是很有用，不过我还是简单总结一下个人经验，算抛砖引玉吧。 文章的大体结构是先把要点总结出来，再举了两个实例。 要点要点的要点我究竟要设计个什么？ 我究竟要设计个什么？ 我究竟要设计个什么？ 只有搞清楚了自己的设计，才能有效评估和利用元件，切记一切工作都是围绕这个问题展开的。 哪些文档需要关注器件文档一般有以下几种需要关注 数据手册(datasheet)：硬件设计最重要的手册，器件的电气和物理规格都在里面。 参考手册(reference manual/user guide)：一般认为是给软件或者FPGA的同事看的，但相信我，硬件工程师也得看，不需要全看，把基础的小系统部分以及项目要到特性的相关章节看完就行。 参考设计(reference design)：抄作业用的。 评估板说明(eval board user guide)：也是抄作业用的。 太多看不懂的词怎么办别担心，大多数厂家都会提供术语词典供大家参考，只是经常被无视了。 很多关键的指标，厂商还会写专门的文档来解释，遇到不太懂的东西，记得用厂商网站的搜索，会有惊喜。比如选ADC的时候不知道ENOB、SFDR、SINAD这些东西是啥，搜一下就发现了这篇： 数据手册怎么看绝大多数芯片的数据手册格式都很固定，大体分为几个章节 最前面几页：突出器件卖点，把亮眼的规格写出来（往往有坑），描述一下器件的用途和目标市场等，看完基本就能把这个器件掌握个大概了，主要用来快速筛选。我毕业找工作的简历就仿照这个格式来做的，效果似乎不错。引脚定义和功能：告诉你器件有哪些脚以及它们的用途，一定要仔仔细细看，不少容易忽略的设计注意事项也写在这里，弄错引脚顺序也是常见的设计失误。器件极限参数：很容易被忽略的一小节，不仔细看很容易设计出错，而且一出错就是会损坏器件的打错。比如电源芯片的EN脚，有些芯片这个脚（内部钳位了）的耐压是远小于PVIN的耐压，而设计过另一些EN和PVIN可以接一起的芯片，惯性思维觉得啥芯片都可以这样，然后上电BOOOOOOOOM。ESD等级：研发阶段一般不太关注，但需要把这个内容传递给供应链。热阻：一个惯性比较大的章节，以前老封装好用，新一代封装大多加强了PCB散热途径，热阻就不那么好用了，但可以用来快速评估芯片的热设计裕量。推荐使用环境：推荐是比较委婉的说法，实际上在说“这才是我保证的工作环境，你不听乱用出了事别找我！”电气特性表格：元件的主要电气特性都写在这里了，一定一定要注意表头上的测试条件，没有限定条件的数据是没有意义的。作为硬件工程师一定要搞明白这些表格里所有参数所代表的意义（一开始肯定会有很多不懂的，别急慢慢来），相信我，遇到设计性能不达标，复盘设计时大概率在这里找到答案（手动滑稽）。 电气特性图表：比表格更邪恶的东西，很多工程师不喜欢看，所以厂商也经常把一些不太想让你知道的特性藏在这里面，当你设计不符合预期怒气冲冲找到他们时，他们很无辜的回答你“手册里不是画了的么？”所以老老实实把每一张图标都看明白吧，真的不难。工作原理：告诉你这器件是怎么工作的，都不知道工作原理谈什么设计应用对吧，老老实实看吧，很多需要软件参与的器件，寄存器配置也在这里面，你可不要以为软件的同事会搞懂这些东西哦。应用说明：一般会举一些典型设计，进一步告诉你这个器件该怎么用，很多设计技巧和细节也会在这里讲。机械结构、包装、订货信息等：你敢忽略我敢翻车给你看。参考文档：很贴心但又很容易被忽略的部分。设计举例举两个我实际遇到的案例，简单说明一下怎么看手册，当然实际设计时比这要复杂的多。 一个运放兼容替代的案例去年因为供货的问题，一直在用的OPA2197无法正常交付，TI给我们推荐了另一款新运放OPA2156做替代，这个任务安排给了我（为啥给老油条？牵涉到量产产品精密模拟电路部分不敢轻易交给新人）。 步骤1 快速评估 根据产品电路，总结出来能否替代的主要需求如下： 必须pin2pin兼容，无法承受量产品大规模改版高输入阻抗，低输入偏置电流GBW > 10 MHz单位增益稳定低噪声、低温漂输出摆幅接近电源轨宽压设计，支持正负电源供电MSOP8封装这些需求全都能在手册的第一页里找到答案，初审合格。  步骤2 详细对比关键参数 初审合格，现在要根据电路要把很多关键参数拉出来对比，一般列一个表格看得更明白一些。 项目OPA2197(被替代)OPA2156(替代)期望的指标温漂±2.5 μV/°C (Max)±3 μV/°C (Max)---输入电流±5 nA (Max)±15 nA (Max) 20 mA供电范围±2.25 V to ±18 V, 4.5 V to 36 V±2.25 V to ±18 V, +4.5 V to +36 V支持单5 V和±5 V~±12 V乍一看替代的运放基本能满足要求，但出现了两个不太和谐的点需要特别注意的： 替代的OPA2156输入电流最大值是在85 °C下15 nA，而被替代的OPA2197则是在125 °C下最大5 nA，隐约感觉这个地方有大坑，需要仔细看一下图表区域有没有相关内容输入阻抗项目的输入电容，OPA2156明显偏高，这意味着现有电路可能存在环路稳定性风险(尤其反馈环路中有高阻抗的电路)，需要逐一排查，这个问题相对好处理，仿真评估一下就差不多了步骤3 细节对比 上一步发现了一个可能的坑，现在可以跳进来看一看有多深了。厂商一般会把输入电流和温度关系的曲线画出来，找出来对比一下。 注意看标尺，哈哈休想套路我。不过在我的应用中，器件工作最高温度不超过100℃，大概5 nA的电流也还算可以接受。  下一个坑，两个运放都是轨到轨输入的结构，这种结构会在特定的输入电压下切换输入的晶体管，因为管子的分散特性会导致输入特性有一个突变。在我的应用里非常关注直流精度，而这个切换会导致输入失调电压突变，需要研究一下。 我的电路： 输入共模范围：±5V运放供电电压：+8V/-6V使用OPA2197设计时就考虑了这个问题，所以采用更高的正电源轨避开切换的区域，如果OPA2156的特性类似，那就可以不修改设计直接替换。 手册里找到OPA2197在±18 V供电下，切换区域大概在+15 V~+17 V之间，也就差不多是正电源-3 V开始进入这一区域。而OPA2156在±18 V供电下，在15.75V后进入这一区域，比OPA2197还要高一点，通过。  一个电源选型的案例单板上有一些射频元件的供电有点麻烦，除了需要正负电源外，还需要控制正负电源的上下电时序，设计需求总结如下： 输出电压：±16 V输出电流：步骤2 看电气特性表 就是个普通的开关电源，电气特性表扫一眼就摸底得差不多了，省略。 步骤3 看电气特性图表 图表往往能得到比数值更多的信息，比如可以找到输出电压与输出电流的关系曲线，评估特定应用下输出电流是否满足要求。在我这个应用里，+12 V输入，输出±16 V，都可以实现至少100 mA的输出电流。  步骤4 看极限参数 意料之中果然有坑：使能管脚不能直接接到输入了  步骤5 看引脚定义 除了避免画封装搞错外，很多设计要点和重要信息都可以在这里找到。 这次芯片的热焊盘要接到AGND，而有些电源芯片的热焊盘则要求接到PGND，其他芯片还有要求接到VEE的，一定要看仔细设计好，不然接错了连飞线挽救的机会都没有了。  步骤6 了解工作原理，着手设计 没啥好说的了，这部分慢慢看慢慢设计吧，大多数芯片手册都是手把手教你使用，还配有很多典型应用可以抄作业。 先就写这么多吧 |
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