深入解析DS1338：一款功能強(qiáng)大的I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）芯片是不可或缺的組件，它能為系統(tǒng)提供精確的時(shí)間信息。今天，我們就來深入了解一下Maxim Integrated推出的DS1338——一款帶有56字節(jié)非易失性隨機(jī)存取存儲器（NV RAM）的I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。

文件下載：DS1338.pdf

一、產(chǎn)品概述

DS1338是一款低功耗、全二進(jìn)制編碼十進(jìn)制（BCD）時(shí)鐘/日歷芯片，同時(shí)配備了56字節(jié)的NV SRAM。通過I2C接口，地址和數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)串行傳輸。該時(shí)鐘/日歷可提供秒、分、時(shí)、日、日期、月和年等信息，并且能自動(dòng)調(diào)整少于31天的月份日期，還能進(jìn)行閏年修正。時(shí)鐘支持24小時(shí)或12小時(shí)格式，并帶有AM/PM指示。此外，DS1338內(nèi)置電源檢測電路，可檢測電源故障并自動(dòng)切換到備用電源，確保時(shí)間和日期的持續(xù)運(yùn)行。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

DS1338的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域：

• 手持設(shè)備：如GPS和POS終端。
• 消費(fèi)電子：包括機(jī)頂盒、數(shù)字錄音設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。
• 辦公設(shè)備：像傳真機(jī)、打印機(jī)和復(fù)印機(jī)。
• 醫(yī)療設(shè)備：例如血糖儀和藥物分配器。
• 電信領(lǐng)域：路由器、交換機(jī)和服務(wù)器等。
• 其他領(lǐng)域：如電表、自動(dòng)售貨機(jī)、恒溫器和調(diào)制解調(diào)器等。

三、典型工作電路與引腳配置

典型工作電路

DS1338的典型工作電路包含電源、晶體、I2C接口等部分。電路中，VCC為電源輸入，晶體提供時(shí)鐘信號，SCL和SDA是I2C接口的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，SQW/OUT可輸出方波信號。

引腳配置

四、特性與優(yōu)勢

全面的計(jì)時(shí)功能

• 能夠精確計(jì)數(shù)秒、分、時(shí)、月日期、月、星期和年，并支持閏年補(bǔ)償，有效期至2100年。
• 具備56字節(jié)的電池備份通用RAM，可進(jìn)行無限次寫入。
• 提供可編程的方波輸出信號。

節(jié)省空間與簡化設(shè)計(jì)

DS1338C采用表面貼裝封裝，并集成了晶體，節(jié)省了額外的空間，同時(shí)簡化了設(shè)計(jì)。

廣泛的兼容性與低功耗

• 可與大多數(shù)微控制器通過I2C串行接口進(jìn)行通信。
• 低功耗運(yùn)行，延長了電池備份的運(yùn)行時(shí)間，具備自動(dòng)電源故障檢測和切換電路。

寬溫度范圍與認(rèn)證

• 支持 -40°C至 +85°C的工業(yè)溫度范圍，適用于各種應(yīng)用場景。
• 獲得了Underwriters Laboratories（UL?）的認(rèn)可。

五、電氣特性

絕對最大額定值

DS1338各引腳相對于地的電壓范圍為 -0.3V至 +6.0V，工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，存儲溫度范圍為 -55°C至 +125°C。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保芯片工作在這些額定值范圍內(nèi)，以避免永久性損壞。

推薦直流工作條件

不同型號的DS1338（如DS1338 - 18、DS1338 - 3、DS1338 - 33）對電源電壓、邏輯電平、電源故障電壓和VBAT輸入電壓有不同的要求。例如，DS1338 - 18的電源電壓范圍為1.71V至5.5V，而DS1338 - 3和DS1338 - 33的電源電壓范圍為2.7V至5.5V。

直流電氣特性

在不同的工作條件下，芯片的輸入泄漏電流、I/O泄漏電流、邏輯0輸出電流、有源電源電流、待機(jī)電流和VBAT泄漏電流等參數(shù)都有相應(yīng)的規(guī)定。例如，在Vcc > 2V且VoL = 0.4V的條件下，SDA邏輯0輸出電流最大為3.0mA。

交流電氣特性

DS1338支持標(biāo)準(zhǔn)模式（100kHz最大時(shí)鐘速率）和快速模式（400kHz最大時(shí)鐘速率）。在不同模式下，SCL時(shí)鐘頻率、START和STOP條件的總線空閑時(shí)間、數(shù)據(jù)保持時(shí)間、數(shù)據(jù)建立時(shí)間等參數(shù)都有明確的要求。例如，標(biāo)準(zhǔn)模式下SCL時(shí)鐘的LOW周期為4.7μs，HIGH周期為4.0μs。

電源上電/掉電特性

芯片在電源上電和掉電時(shí)，有恢復(fù)時(shí)間、VCC下降時(shí)間和VCC上升時(shí)間等參數(shù)。需要注意的是，在電池備份模式下，負(fù)下沖低于 -0.3V可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

六、工作原理與操作

作為從設(shè)備的操作

DS1338在串行總線上作為從設(shè)備工作。通過實(shí)現(xiàn)START條件并提供設(shè)備識別碼，隨后傳輸數(shù)據(jù)，即可訪問芯片。在VCC大于VPF時(shí)，芯片可完全訪問并進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫；當(dāng)VCC低于VPF時(shí)，內(nèi)部時(shí)鐘寄存器將被阻止訪問。

電源控制

芯片的電源控制功能由精確的溫度補(bǔ)償電壓參考和比較器電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)VCC下降到VPF以下時(shí)，若VPF小于VBAT，設(shè)備電源將從VCC切換到VBAT；若VPF大于VBAT，則在VCC下降到VBAT以下時(shí)進(jìn)行切換。

振蕩器電路

DS1338使用外部32.768kHz晶體，振蕩器電路無需外部電阻或電容。晶體的標(biāo)稱頻率為32.768kHz，串聯(lián)電阻最大為50kΩ，負(fù)載電容為12.5pF。

時(shí)鐘精度

時(shí)鐘精度取決于晶體的精度以及振蕩器電路的電容負(fù)載與晶體修整電容負(fù)載的匹配程度。溫度變化引起的晶體頻率漂移和外部電路噪聲都可能影響時(shí)鐘精度。

RTC和RAM地址映射

RTC寄存器和控制寄存器位于地址00h至07h，RAM寄存器位于地址08h至3Fh。在多字節(jié)訪問時(shí)，寄存器指針到達(dá)3Fh后會繞回到00h。

時(shí)鐘和日歷操作

時(shí)間和日歷信息通過讀取相應(yīng)的寄存器字節(jié)獲得，也可通過寫入寄存器字節(jié)進(jìn)行設(shè)置或初始化。時(shí)鐘可在12小時(shí)或24小時(shí)模式下運(yùn)行，通過小時(shí)寄存器的位6進(jìn)行模式選擇。

控制寄存器

控制寄存器（07H）控制SQW/OUT引腳的操作并提供振蕩器狀態(tài)信息。其中，OUT位控制方波輸出禁用時(shí)SQW/OUT引腳的輸出電平，OSF位指示振蕩器是否停止，SQWE位啟用方波輸出，RS1和RS0位控制方波輸出的頻率。

I2C串行數(shù)據(jù)總線

DS1338支持I2C協(xié)議，工作在標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式下。數(shù)據(jù)傳輸通過START和STOP條件進(jìn)行控制，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸后都有應(yīng)答位。芯片可工作在從接收模式（寫模式）和從發(fā)送模式（讀模式）。

七、使用注意事項(xiàng)

處理、PCB布局和組裝

DS1338C封裝包含石英音叉晶體，在使用貼裝設(shè)備時(shí)要避免過度沖擊，避免超聲波清洗，回流次數(shù)最多為2次。避免在封裝下方布線，除非有接地平面。所有N.C.引腳必須接地。

引腳配置和芯片信息

不同封裝類型的DS1338有不同的引腳配置和熱信息。在選擇和使用時(shí)，需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

八、總結(jié)

DS1338是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，具有全面的計(jì)時(shí)功能、低功耗、寬溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)過程中，電子工程師需要根據(jù)其電氣特性和工作原理，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和PCB布局，以確保芯片的正常運(yùn)行和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。