深度剖析DS17285/DS17287等實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片：功能、特性與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）芯片是確保系統(tǒng)時(shí)間準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵組件。今天我們將深入探討Maxim Integrated推出的DS17285、DS17287、DS17485、DS17487、DS17885和DS17887系列實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，了解它們的特性、功能以及在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

文件下載：DS17285.pdf

1. 芯片概述

DS17x85和DS17x87系列實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DS12885和DS12887的繼任者。DS17x85提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷、一次性日報(bào)警、三個(gè)可屏蔽中斷、可編程方波輸出以及114字節(jié)的電池備份非易失性SRAM，還具備硅序列號、電源開關(guān)控制電路等增強(qiáng)功能，以及2k、4k或8k字節(jié)的電池備份非易失性SRAM。而DS17x87則將石英晶體和鋰能源集成到24引腳封裝的DIP中。

這些芯片的電源控制電路允許系統(tǒng)通過外部刺激（如鍵盤）或時(shí)間日期（喚醒）報(bào)警來開啟電源。PWR輸出引腳會(huì)被這些事件觸發(fā)，用于開啟外部電源，并且該引腳受軟件控制，任務(wù)完成后可關(guān)閉系統(tǒng)電源。

2. 關(guān)鍵特性

2.1 集成標(biāo)準(zhǔn)與增強(qiáng)功能

這些芯片集成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的DS1287 PC時(shí)鐘，并具備增強(qiáng)功能。RTC可對秒、分、時(shí)、日、日期、月和年進(jìn)行計(jì)數(shù)，支持到2099年的閏年補(bǔ)償。

2.2 電源與操作模式

支持可選的+3.0V或+5.0V操作，具備SMI恢復(fù)堆棧和64位硅序列號。電源控制電路支持系統(tǒng)通過日期/時(shí)間報(bào)警或按鍵閉合開啟電源。

2.3 時(shí)鐘模式

支持12小時(shí)或24小時(shí)時(shí)鐘模式，12小時(shí)模式下有AM和PM指示。

2.4 內(nèi)存與功能

擁有114字節(jié)的通用電池備份非易失性SRAM，以及擴(kuò)展的電池備份非易失性SRAM（DS17285/DS17287為2048字節(jié)，DS17485/DS17487為4096字節(jié)，DS17885/DS17887為8192字節(jié)）。具備RAM清除功能、六個(gè)獨(dú)立可屏蔽中斷標(biāo)志的中斷輸出、一次性日報(bào)警、時(shí)鐘更新周期結(jié)束標(biāo)志、可編程方波輸出、自動(dòng)電源故障檢測和切換電路。

2.5 封裝與溫度范圍

提供PDIP、SO或TSOP封裝（DS17285、DS17485、DS17885），可選封裝的DIP（EDIP）封裝，集成了晶體和電池（DS17287、DS17487、DS17887），可選工業(yè)溫度范圍，且獲得了Underwriters Laboratory（UL）認(rèn)證。

3. 電氣特性

3.1 絕對最大額定值

VCC引腳相對于地的電壓范圍為 -0.3V至 +6.0V，商業(yè)工作溫度范圍為0°C至 +70°C，工業(yè)工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，存儲(chǔ)溫度范圍因封裝而異，引腳焊接溫度限制為 +260°C。

3.2 DC電氣特性

涵蓋了電源電壓、電池輸入電壓、輸入邏輯電平、電源電流、待機(jī)電流、輸入泄漏電流、輸出邏輯電壓等參數(shù)，不同電壓模式下有不同的取值范圍。

3.3 AC電氣特性

包括周期時(shí)間、脈沖寬度、輸入上升和下降時(shí)間、芯片選擇設(shè)置時(shí)間、數(shù)據(jù)保持時(shí)間等參數(shù)，不同電壓模式下也有不同的表現(xiàn)。

4. 詳細(xì)功能解析

4.1 振蕩器電路

DS17x85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6pF或12.5pF。也可使用外部32.768kHz振蕩器驅(qū)動(dòng)，此時(shí)X1引腳連接外部振蕩器信號，X2引腳不連接。

4.2 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。溫度變化會(huì)導(dǎo)致晶體頻率漂移，外部電路噪聲耦合到振蕩器電路可能導(dǎo)致時(shí)鐘運(yùn)行過快。DS17287、DS17487和DS17887的封裝DIP（EDIP）模塊在工廠進(jìn)行了修整，在25°C時(shí)精度可達(dá)每月 ±1分鐘。

4.3 電源控制

當(dāng)VCC高于VPF時(shí)，設(shè)備可完全訪問并進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫；當(dāng)VCC低于VPF時(shí)，設(shè)備禁止讀寫訪問。如果VPF小于VBAT，當(dāng)VCC下降到VPF以下時(shí)，設(shè)備電源從VCC切換到VBAT或VBAUX中較高的一個(gè)；如果VPF大于VBAT或VBAUX中的較高值，當(dāng)VCC下降到較高備份源以下時(shí)，設(shè)備電源切換到VBAT或VBAUX中較高的一個(gè)。寄存器由VBAT或VBAUX源維持，直到VCC恢復(fù)到標(biāo)稱水平。

4.4 時(shí)間、日歷和報(bào)警

時(shí)間和日歷信息通過讀取相應(yīng)的寄存器字節(jié)獲得，可設(shè)置為二進(jìn)制或二進(jìn)制編碼十進(jìn)制（BCD）格式。日周寄存器在午夜遞增，月份末尾的日期會(huì)自動(dòng)調(diào)整，包括閏年校正。在寫入內(nèi)部時(shí)間、日歷和報(bào)警寄存器之前，應(yīng)將寄存器B中的SET位設(shè)置為邏輯1，以防止在訪問時(shí)進(jìn)行更新。

報(bào)警字節(jié)有兩種使用方式：一是在指定時(shí)間每天觸發(fā)報(bào)警中斷；二是在一個(gè)或多個(gè)報(bào)警字節(jié)中插入“不關(guān)心”狀態(tài)，根據(jù)設(shè)置的“不關(guān)心”位不同，可實(shí)現(xiàn)每小時(shí)、每分鐘或每秒觸發(fā)報(bào)警。

4.5 控制寄存器

四個(gè)控制寄存器（A、B、C和D）位于銀行0和銀行1中，可隨時(shí)訪問。寄存器A控制振蕩器和分頻器，寄存器B控制更新、中斷、方波輸出、數(shù)據(jù)模式、時(shí)鐘格式和夏令時(shí)調(diào)整，寄存器C包含中斷請求標(biāo)志，寄存器D指示電池狀態(tài)。

4.6 非易失性RAM

用戶RAM字節(jié)可作為電池備份內(nèi)存使用，分為兩個(gè)獨(dú)立的內(nèi)存銀行。銀行0可訪問14個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器和114字節(jié)的用戶RAM，銀行1可訪問額外的2k、4k或8k字節(jié)的用戶RAM。

4.7 中斷

RTC包含六個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)中斷源，包括報(bào)警中斷、周期性中斷、更新結(jié)束中斷、喚醒中斷、啟動(dòng)中斷和RAM清除中斷。應(yīng)用程序軟件可選擇使用哪些中斷，通過設(shè)置相應(yīng)的中斷使能位來控制。

4.8 方波輸出選擇

通過寄存器A中的RS0 - RS3位選擇15級分頻器的13個(gè)抽頭之一，可設(shè)置方波輸出頻率。如果E32K = 1，無論RS3 - RS0位狀態(tài)如何，SQW引腳都會(huì)輸出32kHz方波。

4.9 更新周期

DS17x85每秒執(zhí)行一次更新周期，當(dāng)寄存器B中的SET位設(shè)置為1時(shí)，雙緩沖的時(shí)間、日歷和報(bào)警字節(jié)的用戶副本會(huì)凍結(jié)，但時(shí)間倒計(jì)時(shí)鏈會(huì)繼續(xù)更新內(nèi)部副本。為避免訪問不一致的時(shí)間和日歷數(shù)據(jù)，可使用更新結(jié)束中斷、更新進(jìn)行中（UIP）位或周期性中斷來處理。

4.10 擴(kuò)展功能

通過軟件控制的銀行切換方案訪問擴(kuò)展功能，銀行0包含時(shí)鐘/日歷寄存器和50字節(jié)的用戶RAM，銀行1包含擴(kuò)展寄存器，提供64位硅序列號、世紀(jì)計(jì)數(shù)器、RTC寫入計(jì)數(shù)器、日期報(bào)警、輔助電池控制/狀態(tài)、喚醒、啟動(dòng)、RAM清除控制/狀態(tài)和擴(kuò)展RAM訪問等功能。

5. 應(yīng)用場景

這些實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片適用于嵌入式系統(tǒng)、公用事業(yè)儀表、安全系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)集線器、網(wǎng)橋和路由器等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，它們能夠提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6. 總結(jié)

DS17285/DS17287/DS17485/DS17487/DS17885/DS17887系列實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片具有豐富的功能和出色的性能，能夠滿足各種應(yīng)用場景的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的芯片，并合理配置其功能，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和精確計(jì)時(shí)。你在使用這些芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。