干货!以SCT2464Q为例,教你五分钟吃透芯片数据手册
对于一名优秀的硬件工程师及器件工程师而言,快速了解一颗芯片的方法就是阅读数据手册。数据手册能够方便大家详细了解芯片的规格参数,从而辨别是否符合选型需求并满足自身应用。
Datasheet篇幅动辄几十页,想要高效地找到想要的关键信息和参数,需要对手册非常熟悉。接下来将以SCT2464Q为例,对数据手册进行剖析。通过板块内容入门,帮助工程师拿到材料后,快速吃透一份数据手册。
数据手册基本结构
芯洲科技产品数据手册的结构基本是一致的,不同品类的数据手册会针对不同产品的特性做出详解,基本会划分为以下七大板块(建议保存图片):
了解到数据手册的基本脉络后,是否感觉繁杂的信息一下子变得清晰起来了呢?接下来会为工程师们做各部分的拆解。
数据手册阅读详解
01、芯片概述
浓缩即是精华。目前主流芯片厂商都会在首页将芯片规格、特点、优势展现出来,强烈推荐大家一定要仔细阅读Datasheet的第一页,常见的关键信息都包含在内。
图2 SCT2464Q数据手册首页示意
以SCT2464Q为例,首页主要包含:
1.主要参数(FEATURES):如电压电流规格,可调开关频率,FSS(抖频)功能,低压差工作模式,外接5V实现低IQ高效率,AEC-Q100温度等级等。
2.主要应用场景(APPLICATIONS):如汽车信息娱乐,ADAS等。
3.芯片特点优势概述(DESCRIPTION)。
4.典型应用电路图和效率曲线图(TYPICAL APPLICATION)。
阅读完第一页,芯片的轮廓就在大家的心中建立起来了。
02、芯片信息及引脚
很多工程师会对芯片的完整型号产生疑问,这个信息一般在Datasheet第二页。芯片基本信息(DEVICE ORDER INFORMATION)会在以下列表显示,包含:芯片的全名、丝印以及封装信息。
图3 SCT2464Q芯片型号示意
封装是工程师在设计选型中需要非常注重的一点,因为电源类芯片散热和封装是直接关联的。同时需要考虑到生产产线设备是否支持精细化封装,所以建议从自身实际需求出发。
图4 SCT2464Q引脚信息
针对芯片的引脚(PIN CONFIGURATION),规格书会详细的标注芯片引脚分布、各个引脚的极限耐压参数以及引脚功能。如果对某个缩写不熟悉,可以在引脚功能说明中找到答案。
图5 SCT2464Q引脚说明示意
03、电气特性参数及典型曲线
01、推荐工作条件
也许大家对此参数表格有疑惑:前面不是已经给出引脚的最高耐压或工作结温了吗,为什么这里的参数范围会更低一些呢?
推荐工作条件还是有很大的区别:例如引脚极限耐压指如果引脚超过此电压应力,可能会造成芯片永久性损坏。在超出推荐工作条件下应用,很难保证芯片的可靠性。在推荐工作条件下去设计,可以实现最佳的芯片性能和长期可靠性。
02、ESD等级
静电在日常生活中无处不在,我们身边就带有很高的静电电压。对于一些敏感仪器,这个电压可能是致命的危害。芯洲科技主要对两类ESD模型进行评级,分别是HBM和CDM。SCT2464Q的HBM耐压为±2KV,CDM耐压为±1KV,均高于业内平均水平。
图6 SCT2464Q推荐工作条件、ESD和热阻示意
03、热特性参数
半导体器件热量主要通过三个路径散发出去:封装顶部到空气、封装底部到电路板和封装引脚到电路板。电子器件散热中最常用也是最重要的参数就是热阻(Thermal Resistance)。
热阻是描述物质热传导特性的一个重要指标。芯洲科技除了提供常规的热阻参数做热仿真设计外,还提供了一个全新的热特性参数Ψjt,方便工程师们更精确的估算结温。详细的计算过程及热解释,可以联系芯洲的技术支持。
04、电气特性参数
电气特性参数的典型值一般为环温25℃环境下通过ATE测试设备测试出来的数据,数据包括典型值、最小最大值、保护功能的阈值等。
图7 SCT2464Q电气特性参数示意
不同产品的关键参数不同。DCDC的关键参数有电压电流规格,静态电流,内部功率MOS阻值,参考电压,过流保护阈值,软启动时间,开关频率,保护部分(包括过压阈值、过温阈值、BOOT欠压阈值)等。
·LDO类产品相对比较简单,选型的关键参数有静态电流,输入输出电压差,软启动时间,电源纹波抑制比(PSRR)等。
·驱动类的参数主要是供电电压,静态电流,输入输出逻辑,驱动电流,传播延迟时间等。
05、典型性能曲线
·DCDC典型性能曲线包括:不同电压电流条件下的效率测试曲线、线性调整率曲线、负载调整率曲线、电气特性参数随温度变化曲线等。
·LDO的包括:静态电流和关断电流随温度变化曲线、跌落电压随输出电流变化曲线、输出电压随环境温度或输入电压变化曲线、不同应用条件和不同频率下的PSRR曲线等。
·驱动类产品会包括:输入阈值随供电电压或温度变化曲线、延迟匹配随温度变化曲线、传播延迟随纹波变化曲线等。
图8 SCT2464Q效率曲线示意
对于工程师而言,常见应用条件下的效率曲线SCT都会完整测试,方便大家参考设计和测试。
04、功能模块框图
芯片内部功能模块框图是芯片复杂的内部电路的总体概况,主要是分为功率电路和控制电路。
图9 SCT2464Q功能框图示意
功率电路反映了芯片内部的功率器件,包括内部集成的功率MOS、LDO等;控制电路更多体现在控制模式、各个引脚的工作逻辑控制关系、各种保护电路位置及保护逻辑等。
05、芯片功能详解
芯片功能的阐述是整个数据手册最详细的内容,大家可以按需展开阅读。
·DCDC主要会包括:概况(概况和首页简介内容基本一致),芯片控制模式(控制逻辑和轻载工作模式解释),各引脚的使用说明(如EN、FB、SS、RT/CLK、BOOT等软启动设计解释,抖频功能原理解释,BOOT欠压和低压差工作模式解释,以及关于各种保护原理逻辑的详细解释(如过压保护、过流保护和过温保护等)。
图10 SCT2464Q功能详解示意
·LDO主要包括:概况,各引脚使用说明(如EN,PG,FB等),软启动设计说明,以及各种保护原理解释。
·驱动相对较为简单,主要包括:概况(包括输入输出逻辑表),VDD供电说明,欠压保护说明,输入引脚说明等。
06、典型应用设计
详细了解芯片的性能后,第六部分会给工程师们应用上的建议。包括外围器件设计、工作波形、温升表现、及PCB推荐设计等。
01、外围器件设计
一般芯片厂商会根据最常见的应用条件,设计一个典型应用电路。
图11 SCT2464Q典型应用电路示意
但大家肯定有自己不同的设计需求,需要根据实际的应用条件,设计外围参数。下方有不同器件的计算公式:如输出电压、开关频率、功率电感、输入输出电容等等。SCT为了进一步提高工程师使用的便捷性,会将常见的应用条件给出推荐器件参数。
图12 SCT2464Q器件参数计算示意
02、工作波形及温升
SCT会详细地对各种应用场景进行波形测试,如上下电波形、开关节点及输出纹波波形、动态响应波形等。工程师可以通过此波形来判断芯片性能是否能满足应用场景。
图13 SCT2464Q波形及温升测试示意
同时,SCT也准备了常见应用场景下的温升测试,方便大家判断温升是否可以满足。
03、PCB推荐设计
设计完原理图后,工程师们要开始layout了。Layout对于电源类产品非常重要,PCB设计不好可能会影响到芯片正常工作,而且很多工程师头疼的EMC问题也跟PCB设计有很大关系。
芯洲科技的数据手册从布局、回路、到敏感信号走线和散热各个方面提出参考建议,帮助工程师们设计出最优的PCB方案。
图14 SCT2464Q PCB推荐设计示意
关于PCB详述,可以回顾《芯洲科技:电源PCB布局注意事项总结》。
07、封装及包装信息
在数据手册的末尾,有此芯片的封装信息,方便工程师们设计PCB封装。
同时也提供了包装信息,方便客户识别、保存、生产。
图14 SCT2464Q封装示意
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