Что такое даташит в электронике
Что такое даташит и зачем он нужен?
Ищем данные о характеристиках радиодеталей
При ремонте и конструировании современной радиоэлектронной аппаратуры очень часто возникает необходимость в информации о конкретных радиоэлементах: диодах, транзисторах, микросхемах и многих других деталях.
Производством и разработкой электронных компонентов занимаются сотни различных фирм, а предлагаемый ассортимент постоянно увеличивается и обновляется.
В настоящее время рынок радиоэлектронных компонентов заполнен разношёрстным импортом. Каких только обозначений не встретишь на корпусах современных радиоэлементов: 2SB764, LA78040, BA1404, LM1117, SN74HC05N, 1N5822, PAM8403, CD5954, MC34063AP, список можно продолжать до бесконечности.
Как же не запутаться в этих цифро-кодовых обозначениях и найти информацию по конкретному компоненту?
Для опытных радиолюбителей это не проблема. Для начинающих электронщиков разобраться в том, что же скрывается в миниатюрном пластиковом корпусе с непонятной маркировкой порой не так-то просто.
Узнать подробную информацию об электронном компоненте можно из его «даташита» (от англ. – datasheet). Он же справочный лист, техническая документация или описание электронного компонента или изделия. В нём приводятся все характеристики прибора, например, для транзистора – тип проводимости, цоколёвка, тип корпуса, размеры, кодовое обозначение, приводятся всевозможные характеристики, графики зависимостей и многое другое. Имея подробную информацию о радиоэлементе можно быстрее найти ему замену 
.
Особенно важна информация по современным микросхемам. В описании, как правило, приводятся стандартные схемы включения с обозначением номиналов и параметров элементов обвязки. Также указывается сферы применения данной микросхемы и её особенности. Для начинающего радиолюбителя такая информация крайне важна, поскольку позволяет понять назначение и функционал микросхемы, узнать её схему включения, величину номинального и максимального питающего напряжения, назначение выводов и т.д.
Умение работать с технической документацией, это одно из важных качеств специалиста, работающего с электронной техникой.
Где же можно найти описания (datasheet) для радиодеталей?
Очень большое количество описаний всевозможных полупроводников можно найти на сайте www.alldatasheet.com
На момент написания статьи на сайте доступно более 20 миллионов описаний радиоэлементов. Каждый месяц база пополняется более чем на 30 000 описаний! В сутки ресурс обрабатывает более 370 000 поисковых запросов пользователей!
Было бы глупо не воспользоваться возможностями такого мощного сайта.
Как же пользоваться данным сайтом?
Зайдя на главную страницу сайта, мы увидим поле ввода поискового запроса.
Поиск выдал нам два результата.
Далее жмём на значке 
. Откроется новая страница.
На новой странице щёлкаем по изображению, которое выглядит как документ.
После этого откроется ещё одна страница и во внутреннем окне начнётся процесс загрузки PDF документа с информацией на электронный компонент.
После полной загрузки даташита его можно просмотреть. При необходимости его можно сохранить на компьютере, как и любой другой PDF файл. Сделать это можно, нажав на кнопку в виде дискеты, которая расположена на панели инструментов.
Появиться окно, где необходимо указать, где сохранить PDF файл и как он будет назван. Кроме такого способа сохранить даташит есть ещё один. Жмём правой кнопкой мыши на любом месте документа и в выпадающем меню выбираем «Сохранить как…». Всё довольно знакомо.
Также можно распечатать даташит прямо из браузера. Для этого жмём кнопку с изображением принтера и указываем настройки печати.
В PDF документе приводится описание микросхемы PB137: структурная схема, стандартная схема включения, электрические характеристики, краткое описание назначения микросхемы, изображение корпуса прибора, таблицы с параметрами.
К сожалению все документы на иностранном языке (в основном на английском). При переводе интересующей информации можно пользоваться on-line переводчиками, например, переводчиком от Google.
Что такое даташит и зачем он нужен
А Вы слышали это словечко — даташит? Наш лексикон последние годы изрядно обогатился англицизмами.
Люди, которые занимаются электроникой и ковыряются в компьютерах, наверняка знакомы с этим термином. Те, кто только готовится окунуться в это увлекательное дело, читаем дальше!
Даташит — это транслитерированное data sheets, справочные листы с информацией. Представляет собой официальный документ производителя электронных компонентов.
Там приводятся техническое описание компонента, его параметры, режимы эксплуатации, схемы включения и другая информация.
Немного истории
Сейчас абсолютное большинство электронных компонентов, которые присутствуют на рынке, изготовлены зарубежными производителями. В Советском Союзе было наоборот: при изготовлении электроники использовали в большинстве своем отечественные компоненты.
На каждый компонент изготовителем поставлялись технические условия (ТУ), которые найти можно было только на заводах, где электронную аппаратуру изготавливали. В свободном доступе их не было.
В технических условиях было все то (и даже больше), что имеется в нынешних даташитах. Существовали бумажные справочники, где была собрана самая необходимая информация, которые найти было уже легче.
Сейчас любой data sheets можно очень легко найти. Надобность в толстых бумажных справочниках отпала.
Что можно найти на первой странице даташита?
Сразу отметим, что первую страницу даташита формируют не только технари-инженеры, но и специалисты маркетингу и рекламе. Электронные компоненты производят для того, чтобы их покупали, поэтому надо показать товар лицом.
На первой странице data sheets приводятся:
Могут описываться предельные режимы эксплуатации (limiting values, absolute maximum rating) или что-то в этом роде. Часто приводят изображения корпуса компонента и назначение выводов (pinning information, pin description).
С первого листа должно быть понятно, что за штуковина перед нами.
Вот как выглядит, например, первый лист даташита на MOSFET (полевой транзистор) 55N03T. Мы сразу видим, что это транзистор very low on-state resistance (имеет низкое сопротивление открытого канала сток-исток Rds), 18 мОм при напряжении затвор-исток Vgs 10 В.
Такое сопротивление получено с помощью trench-технологии. Область применения (applications) — сильноточные ключи (high current switching), высокочастотные (high-frequency) dc-dc конверторы для компьютерных материнских плат (computer motherboard).
И действительно, этот транзистор я выдрал с неисправной материнской платы компьютера. Конвертер на материнской плате из напряжение 12 В блока питания выдает напряжение 1 с лишним В для питания ядра процессора.
Ниже расположена цоколевка (pinning) транзистора, разновидности корпусного исполнения. В конце первого листа приведена таблица предельных режимов, из которых видно, что максимально мощность, рассеиваемая транзистором (total power dissipation), не должна превышать 103 Вт. Естественно, с наличием радиатора.
Температура (рабочая и хранения) транзистора должна лежать в пределах от минус 55 до плюс 175.
Что еще есть в даташите?
Далее идут электрические и температурные характеристики, причем параметры содержат минимальное, типовое и максимальное значение. Как ни отлаживай технологию производства, всегда будет существовать разброс параметров.
Типовое — это наиболее вероятное значение.
Даташиты могут содержать графики зависимости одного параметра другого. Например, в нашем случае зависимость тока стока от напряжения сток-исток при определенных значениях напряжения исток-затвор.
В заключение приводится информация о температурном режиме при монтаже (пайке) компонента, его упаковки маркировки и схемах включения.
Зачем нужен даташит?
Из всего сказанного понятно, что datasheet нужен разработчикам электронных изделий, чтобы правильно использовать электронный компонент при разработке аппаратуры.
В то же время справочными данными могут пользоваться и ремонтники, чтобы заменить вышедшую из строя «железку» аналогичной.
В этом случае используются только некоторые данные из даташита — предельно допустимые режимы или типовые значения параметров.
Где можно найти даташит?
Его можно найти в интернете. Достаточно вбить в поисковую систему фразу «маркировка компонента datasheet». Например, в нашем случае будет «55N03T datasheet».
Маркировка (или часть ее) наносится на корпус электронного элемента. Существует множество сайтов- каталогов электронных компонентов. Как правило, даташиты приводятся в формате PDF.
Заканчивая, отметим, что иногда официальные документы могут содержать некоторые неточности. Поэтому хорошо бы скачать разные даташиты одного и того же компонента и сравнить.
Если вы собираетесь серьезно заниматься ремонтами, придется изучать, как работают электронные компоненты, те же транзисторы и диоды.
Первоначальные сведения о том, как устроен полевой или биполярный транзистор, можно получить на этом сайте.
Как и зачем читать даташиты, если микроконтроллеры – ваше хобби
Микроэлектроника – модное увлечение последних лет благодаря волшебному Arduino. Но вот беда: при должном интересе перерасти DigitalWrite() получается быстро, а что делать дальше – не совсем ясно. Разработчики Arduino приложили немало усилий для снижения порога вхождения в свою экосистему, но за ее пределами по-прежнему колышется темный лес суровой схемотехники, малодоступный любителю.
Например, даташиты. Вроде бы в них есть все, бери и пользуйся. Но только их авторы явно не ставят перед собой задачу популяризации микроконтроллеров; иногда кажется, что они специально злоупотребляют непонятными терминами и аббревиатурами при описании простых вещей, чтобы максимально запутать непосвященного. Но не все так плохо, при желании ларчик открывается.
В этой статье я поделюсь опытом общения гуманитария с даташитами в хобби-целях. Текст предназначен для выросших из штанишек Arduino любителей, он предполагает некоторое представление о принципах работы микроконтроллеров.
Начну с традиционного
Мигаем светодиодом на Ардуино
«Что это? – Спросит искушенный читатель. – Зачем ты что-то пишешь во входной регистр PINB? Он же только для чтения!» Действительно, документация Arduino, как и большинство учебных статей в интернете, утверждает, что этот регистр read-only. Я и сам так думал, пока не перечитал даташит к Atmega328p, готовя это статью. А там:
Это относительно новый функционал, его не было на Atmega8, о нем не все знают или не упоминают из соображений обратной совместимости. Но вполне годный для демонстрации мысли, что даташиты стоит читать, чтобы использовать все возможности чипа, включая малоизвестные. И это не единственная причина.
Зачем еще читать даташиты
Обычно ардуинщики, наигравшись со светодиодами и AnalogWrite’ами, начинают подключать к плате всякие модули и чипы, для которых есть уже написанные библиотеки. Рано или поздно появляется библиотека, работающая не так, как надо. Тогда любитель начинает ее ковырять, чтобы починить, а там.
А там происходит что-то категорически непонятное, поэтому приходится отправляться в гугл, читать многочисленные тьюториалы, дергать по частям чей-то подходящий код и наконец добиваться своего. Это дает мощное ощущение свершения, но на самом деле процесс напоминает изобретение велосипеда путем реверс-инжиниринга мотоцикла. Причем понимания, как работает этот велосипед, не прибавляется. Знаю, поскольку сам этим занимался довольно долго.
Если бы я вместо этого увлекательного занятия потратил пару дней на изучение документации к Atmega328, я бы сэкономил огромное количество времени. В конце концов, это довольно простой микроконтроллер.
Таким образом, читать даташиты надо хотя бы для того, чтобы представлять себе, как вообще устроен микроконтроллер и что он умеет делать. И еще:
Зачем писать в регистры напрямую, когда есть HAL и LL?
Словарик
HAL, Hardware Abstraction Layer – библиотека для управления микроконтроллером с высоким уровнем абстракции. Если надо использовать интерфейс SPI1, просто настраиваем и включаем SPI1, не задумываясь, какие регистры за что отвечают.
LL, Low Level API – библиотека, содержащая макросы или структуры с адресами регистров, позволяющая обращаться к ним по имени. DDRx, PORTx, PINx на Атмеге – это LL.
Споры на тему «HAL, LL или регистры» регулярно случаются в комментариях на Хабре. Не претендуя на доступ к астральному знанию, просто поделюсь своим любительским опытом и соображениями.
Более-менее разобравшись с Атмегой и начитавшись статей про прекрасности STM32, я накупил полдюжины разных плат – и Discovery, и «Синие Таблетки», и даже просто чипы под свои самоделки. Все они два года пылились в коробке. Иногда я говорил себе: «все, с этих выходных осваиваю STM», запускал CubeMX, генерил сетап для SPI, смотрел на получившуюся стену текста, обильно сдобренную копирайтами STM, и решал, что это как-то уж слишком.
Разобраться, что тут понаписал CubeMX, конечно, можно. Но одновременно понятно, что запомнить все формулировки, чтобы потом писать их руками, нереально. А уж дебажить это, если я случайно забуду в Кубе поставить какую-нибудь галочку, – совсем привет.
Прошло два года, я по-прежнему облизывался в ST MCU Finder на всякие вкусные, но недоступные моему пониманию чипы, и случайно наткнулся на замечательную статью, пусть и про STM8. И внезапно понял, что все это время стучался в открытую дверь: регистры у STM устроены так же, как у любого другого МК, и для работы с ними Куб необязателен. А что, так можно было.
HAL и конкретно STM32CubeMX – инструмент для профессиональных инженеров, плотно работающих с чипами STM32. Главная фишка – высокий уровень абстракции, возможность быстро мигрировать с одного МК на другой и даже с одного ядра на другое, оставаясь в рамках линейки STM32. Любители с такими задачами сталкиваются редко – наш выбор МК, как правило, ограничен ассортиментом AliExpress, и мы чаще мигрируем между кардинально разными чипами – переезжаем с Атмеги на STM, с STM на ESP, ну или что там нам новенького подкинут китайские друзья. HAL здесь не поможет, а времени его изучение съест немало.
Остается LL – но от него до регистров полшага. Лично я нахожу написание своих макросов с адресами регистров полезным: я внимательнее изучаю даташит, думаю, что мне потребуется в будущем, а что точно нет, лучше структурирую свои программы, ну и вообще преодоление способствует запоминанию.
Кроме того, есть нюанс с популярным STM32F103 – для него существуют две несовместимые версии LL, одна официальная от STM, вторая – от Leaf Labs, используемая в проекте STM32duino. Если писать open-source библиотеку (а у меня была именно такая задача), надо либо делать две версии, либо обращаться к регистрам напрямую.
Наконец, отказ от LL, на мой взгляд, упрощает миграцию, особенно если закладываться на нее с самого начала работы над проектом. Утрированный пример: напишем ардуиновский blink в Atmel Studio без LL:
Чтобы этот код замигал светодиодом на китайской платке с STM8 (из ST Visual Desktop), в нем достаточно поменять два адреса:
Да, я использую особенность подключения светодиода на конкретной плате, мигать будет очень медленно, но будет же!
Какие бывают даташиты
В статьях и на форумах, и русско-, и англоязычных, под «даташитами» понимают любую техническую документацию к чипам, так же поступаю и я в этом тексте. Формально они – лишь один из видов такой документации:
Datasheet – ТТХ, тактико- технические характеристики. Обязательно имеется у любого электронного компонента. Справочная информация, полезно держать под рукой, но вдумчиво читать в нем особо нечего. Впрочем, чипы попроще часто ограничиваются даташитом, чтобы не плодить лишних документов; в этом случае Reference Manual включается сюда же.
Reference Manual – собственно инструкция, здоровая книжка на 1000+ страниц. Подробно расписывается работа всего, что понапихано в чип. Главный документ для освоения микроконтроллера. В отличие от datasheet, инструкции пишут для широкой линейки МК, в них содержится много информации о периферии, отсутствующей в вашей конкретной модели.
Programming Manual или Instruction Set Manual – инструкция по уникальным командам микроконтроллера. Предназначена для тех, кто программирует на Ассемблере. Авторы компиляторов активно ее используют для оптимизации кода, поэтому в общем случае нам она не потребуется. Но заглядывать сюда полезно для общего понимания, за некоторыми специфическими командами типа выхода из прерывания, а также при активном использовании дебаггера.
Application Note – полезные советы по решению конкретных задач, часто с примерами кода.
Errata Sheet – описание случаев нестандартного поведения чипа с вариантами обхода, если есть.
Что есть в даташитах
Непосредственно в Datasheet нам могут потребоваться такие разделы:
Device Summary – первая страница даташита вкратце рассказывает об устройстве. Очень полезна в ситуациях, когда вы где-то нашли чип (увидели в магазине, выпаяли, встретили упоминание) и хотите понять, что это.
General Description – более подробное описание возможностей чипов из линейки.
Pinouts – схемы распиновки для всех возможных корпусов чипа (на какой ноге какой пин).
Pin Description – описание назначения и возможностей каждого пина.
Memory Map – карта адресов в памяти нам вряд ли потребуется, но иногда в нее включается также таблица адресов блоков регистров.
Register Map – таблица адресов блоков регистров, как правило, находится именно в даташите, а в Ref Manual – только сдвиги (address offsets).
Electrical Characteristics – в этом разделе нас в первую очередь интересуют absolute maximum ratings, перечисляющие максимальные нагрузки на чип. В отличие от неубиваемой Atmega328p, большинство МК не позволяет подключать к пинам серьезные нагрузки, что становится неприятным сюрпризом для ардуинщиков.
Package Information – чертежи доступных корпусов, полезные при проектировании своих плат.
Reference Manual структурно состоит из разделов, посвященных конкретной периферии, указанной в их заголовке. Каждую главу можно условно поделить на три части:
Overview, Introduction, Features – обзор возможностей периферии;
Functional Description, Usage Guide или просто основной блок раздела – подробное текстовое описание принципов устройства периферии и способов ее использования;
Registers – описание управляющих регистров. В простых случаях типа GPIO или SPI этого может быть вполне достаточно, чтобы начать использовать периферию, но часто приходится все-таки читать и предыдущие части.
Как читать даташиты
Даташиты с непривычки отпугивают своим объемом и обилием непонятных слов. На самом деле все не так страшно, если знать несколько лайфхаков.
Установите хорошую PDF-читалку. Даташиты пишутся в славных традициях бумажных инструкций, их здорово распечатать, проложить пластиковыми закладками и сшить. Гипертекст в них наблюдается в следовых количествах. К счастью, хотя бы структуру документа оформляют закладками, поэтому годная читалка с удобной навигацией очень нужна.
Даташит – не учебник Страуструпа, в нем не надо читать все подряд. Если воспользовались предыдущим советом – просто найдите в панели закладок нужный раздел.
Даташиты, особенно Reference Manuals, могут описывать возможности не конкретного чипа, а всей линейки. Это значит, что половина, а то и две трети информации не имеет отношения к вашему чипу. Прежде чем изучать регистры TIM7, проверьте в General Description, есть ли он у вас.
Знать английский достаточно на базовом уровне. Даташиты наполовину состоят из терминов, незнакомых среднестатистическому носителю языка, и наполовину – из простых связующих конструкций. Еще бывают прекрасные китайские даташиты на китайском английском, где половина также термины, а вторая половина – рандомный набор слов.
Если встречаете незнакомое слово, не пытайтесь перевести его с помощью англо-русского словаря. Если вас ставит в тупик hysteresis, то от перевода «гистерезис» теплее вам не станет. Пользуйтесь Гуглом, Stack Overflow, Википедией, форумами, где нужное понятие будет объяснено простыми словами с примерами.
Лучший способ понять прочитанное – проверить в деле. Поэтому держите под рукой отладочную плату, с которой знакомитесь, а лучше две – на случай, если все-таки что-то недопоняли и увидели волшебный дымок.
Полезна привычка держать под рукой даташит, когда вы читаете чей-то тьюториал или изучаете чужую библиотеку. Вполне возможно, в нем вы найдете более оптимальное решение своей задачи. И наоборот – если из даташита никак не удается понять, как же все-таки работает регистр, загуглите его: скорее всего, кто-то уже все описал простыми словами или оставил понятный код на ГитХабе.
Словарик
Немного полезных слов и обозначений, помогающих быстрее освоиться с даташитами. То, что вспомнилось в последние пару дней, дополнения и исправления приветствуются.
Электричество
Vcc, Vdd – «плюс», питание
Vss, Vee – «минус», земля
current – ток
voltage – напряжение
to sink current – работать «землей» для внешней нагрузки
to source current – питать внешнюю нагрузку
high sink/source pin – пин с повышенной «терпимостью» к нагрузке
IO
H, High – на пине Vcc
L, Low – на пине Vss
High Impedance, Hi-Z, floating – на пине ничего нет, «высокое сопротивление», он фактически невидим внешнему миру.
weak pull up, weak pull down – встроенный подтягивающий/стягивающий резистор, примерный аналог 50 кОм (см. даташит). Используется, например, чтобы входной пин не болтался в воздухе, вызывая ложные срабатывания. Weak – потому что его легко «перебить».
push pull – выходной режим пина, в котором он переключается между High и Low – обычный OUTPUT с Arduino.
open drain – обозначение выходного режима, в котором пин может быть либо Low, либо High Impedance / Floating. При этом почти всегда это не «настоящий» открытый сток, есть защитные диоды, резисторы, еще что. Это просто обозначение режима земля/ничего.
true open drain – а вот это уже настоящий открытый сток: пин напрямую ведет в землю, если открыт, или пребывает в подвешенном состоянии, если закрыт. Это значит, что через него при необходимости можно пускать напряжение больше Vcc, но максимум все равно оговаривается в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings / Voltage.
Интерфейсы
in series – подключенные последовательно
to chain – собирать чипы в цепочку последовательным подключением, увеличивая количество выходов.
shift – сдвиг, обычно обозначает сдвиг битов. Соответственно, to shift in и to shift out – принимать и передавать данные побитно.
latch – задвижка, прикрывающая буфер, пока через него сдвигаются биты. Когда передача закончена, задвижка открывается, биты начинают работать.
to clock in – выполнить побитную передачу, сдвинуть все биты на нужные места.
double buffer, shadow register, preload register – обозначения истории, когда регистр должен уметь принимать новые данные, но придерживать их до какого-то момента. Например, для корректной работы ШИМ его параметры (скважность, частота) не должны меняться, пока не закончится текущий цикл, но новые параметры уже могут быть переданы. Соответственно, текущие держатся в shadow register, а новые попадают в preload register, будучи записанными в соответствующий регистр чипа.
Всякое
prescaler – предделитель частоты
to set a bit – установить бит в 1
to clear/reset a bit – сбросить бит в 0 (reset – фишка даташитов STM)
to toggle a bit – поменять значение бита на противоположное (см. пример в начале статьи)
Что дальше
Вообще тут планировалась практическая часть с демонстрацией трех проектов на STM32 и STM8, выполненных специально для этой статьи при помощи даташитов, с лампочками, SPI, таймерами, ШИМом и прерываниями:
Но текста получается многовато, поэтому проекты отправляются во вторую часть.