【日常·闲谈】芯片外围电路如何设计?

听从你心,无问西东。
开了一个新系列,很多时候想分享一些很有趣的内容,但又不想为此花大量的时间去做语言梳理和技术资料查找,久而久之就想不起来要写这个博客了。于是就想到了用闲谈的方法,把这些内容分享出来,虽然不是那么的严谨,但都是自己的一些经验,仅供参考~
有一部分是别人问我的问题,有一些可以算是我自问自答吧。
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关于这个博文的标题:芯片外围电路如何设计?
这其实是一个很宽泛的问题,轻易没法回答,芯片的种类那么多,数字芯片、模拟芯片、数模混合芯片,这些芯片里还分很多的小种类。模拟芯片有一般的运算放大器,紧密的仪表放大器,射频芯片,还有各种专用的模拟信号处理芯片;而数字芯片的种类就更多了,数电的数字逻辑芯片,硬件编解码芯片,协议芯片,处理芯片,还有更复杂的CPU、MCU、SOC。
这些都归属在“芯片”这个范畴里,但是如果从外围电路设计的角度来说,他们是有大大的不同的,举个栗子。

模拟芯片

从最基础的运算放大器来说吧,这是大学里初接触电路设计里,和芯片相关比较简单的外围电路设计。这里有一个OP07~作为一款又便宜又好用又简单的运算放大器,它陪伴了我的入门的电子设计生涯。
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在初学的时候,其实上面密密麻麻的数据参数只要看几个就可以了,比如共模抑制比,闭环的带宽,差墨输入电压,电源供电电压,这类比较通用的数据。了解了这些数据之后,其实就能根据这个运算放大器的特性,设计出一些简单的运算放大电路,比如放大、跟随、滤波、反向、移相、加法之类的。

而像复杂一点的模拟芯片,开关电容滤波、包络检波、射频芯片,这些的外围电路设计相对来说就要复杂很多。不仅仅是单纯的电源引脚、输入输出信号,还会增加一些控制信号,比如使能、电压控制性能、时钟同步信号,等等。这些芯片在外围电路设计上面往往会增加一些驱动电路,然后才是模拟数据通路。
我们可以参照芯片的芯片手册(也就是datasheet)来进行设计。在初学的时候,大概率复杂电路是设计不出来的,这个时候参考大厂的设计手册,就是一个很好的办法。像ADI和TI这样的公司,往往会开源很多芯片的设计应用方案,来方便工程师在选择芯片的时候有一个很好的参考。而对于我们这样的菜鸡,直接照搬大厂成熟的设计方案是一个很明智的选择,先熟悉已有的电路方案,加以了解之后在从自己的工程需求上进行修改,能够达到一个很好的效果。等到自己的工程经验成熟之后,再独立设计电路,更加稳妥。

数字芯片

相比于模拟芯片,数字芯片的种类更加宽泛,由易到难的跨度更大。像简单的数字逻辑门,如果只是实现逻辑判断的话,你甚至不需要外围电路,直接接一个电平信号就可以,毕竟0和1就是高低电平的区别,但是一旦到了处理器层面,DSP啊,FPGA,MCU,视频/音频的编解码芯片,这些就不是一点点难的问题了,是亿点点难的问题了。
就拿一般的MCU举例子,正常一个最小系统板,需要有时钟、复位、电源管理,使能有效,而如果加上了外设,可能还需要加上高性能开关,浪涌电路,滤波电路,甚至还需要设计专门的隔离电路。这也是为什么模拟芯片有时候双层板、4层板就能搞定(我模拟经验不深,以我能接触到的模拟芯片4层顶天了,求大佬别杠),但是复杂的数字芯片,8层板,12层板有时候都不够QAQ,就是因为芯片的外设电路太复杂了。
而如何画芯片的外围电路呢,其实依靠的还是芯片的芯片手册,这个芯片的所有参数,芯片手册上都会给出,必要的配置参数,IO信息,大厂详细一点的还会把一些必须的外围电路设计方案给出来,方便工程师设计。
那初学怎么办呢?最简单的一个办法,抄板 。从双层板开始,简单一点的背面是地正面走线,复杂一点的背面一半地一半信号,把别人的电路边学边抄,网上这么大,总有很多开源的资料,芯片手册也是很容易获得的。

这里推荐几个芯片查找网站:
集成电路查询网
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FindChips
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采芯网
我记得以前采芯网还可以在QQ上引入群机器人,输入指令就可以查芯片,后来这个功能没有了,我们群还可惜了一阵子。
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