低功耗RTC芯片DS1390 - DS1394：多功能與高性能的完美結(jié)合

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）起著至關(guān)重要的作用，它為系統(tǒng)提供精確的時(shí)間信息，確保設(shè)備的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確記錄。DS1390 - DS1394系列低電壓SPI/3 - 線RTC芯片就是這樣一款性能卓越的產(chǎn)品，下面我們來詳細(xì)了解一下。

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一、芯片概述

DS1390 - DS1394系列包括DS1390/DS1391/DS1394（SPI接口）和DS1392/DS1393（3 - 線接口），它們提供了從百分之一秒到年的時(shí)間信息，并且能自動(dòng)調(diào)整月末日期，包括閏年修正。時(shí)鐘支持24小時(shí)或12小時(shí)格式，并帶有AM/PM指示，同時(shí)具備可編程的定時(shí)鬧鐘功能。

一個(gè)溫度補(bǔ)償?shù)碾妷簠⒖寄K會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)VCC的狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到電源故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)禁用總線接口并切換到備用電源。

二、產(chǎn)品特性

（一）時(shí)間計(jì)數(shù)與補(bǔ)償

能夠精確計(jì)數(shù)百分之一秒、秒、分、時(shí)、日、日期、月和年，并且具備閏年補(bǔ)償功能，有效期至2100年。這使得設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，時(shí)間的準(zhǔn)確性得到了充分保障。

（二）輸出配置

部分型號(hào)（DS1390/DS1393/DS1394）的輸出引腳可配置為中斷或方波輸出，方波頻率可在32.768kHz、8.192kHz、4.096kHz或1Hz中選擇，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活的選擇。

（三）鬧鐘功能

所有型號(hào)都配備一個(gè)定時(shí)鬧鐘，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行編程設(shè)置，滿足多樣化的定時(shí)需求。

（四）電源管理

具備電源故障檢測(cè)和切換電路，確保在主電源故障時(shí)，設(shè)備能夠無縫切換到備用電源，保證時(shí)間信息的持續(xù)記錄。

（五）其他特性

DS1391/DS1393具有復(fù)位輸出/去抖輸入功能；DS1392有獨(dú)立的SQW和INT輸出；支持SPI模式0和2（DS1394）、SPI模式1和3（DS1390/DS1391）以及3 - 線接口（DS1392/DS1393）；工作電壓范圍廣，包括1.8V ±5%、3.0V ±10%和2.97 - 5.5V（DS1394為3.3V ±10%）；工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，適用于工業(yè)環(huán)境。

三、電氣特性

（一）直流特性

詳細(xì)規(guī)定了不同型號(hào)在不同工作電壓下的各項(xiàng)參數(shù)，如電源電壓、邏輯電平、備用電源電壓、電源故障電壓等。例如，DS139x - 33的電源電壓范圍為2.97 - 5.50V，邏輯1的輸入電壓為0.7x Vcc至Vcc + 0.5V等。

（二）交流特性

對(duì)于SPI和3 - 線接口，規(guī)定了SCLK頻率、數(shù)據(jù)建立和保持時(shí)間、時(shí)鐘高低電平時(shí)間等參數(shù)。如在2.7V ≤ VCC ≤ 5.5V時(shí)，SCLK頻率最大為4MHz；在1.71V ≤ VCC ≤ 1.89V時(shí)，SCLK頻率最大為1MHz。

四、引腳配置與功能

（一）引腳配置

所有設(shè)備均采用10 - 引腳μSOP封裝，不同型號(hào)的引腳功能有所差異，但主要包括晶體連接引腳（X1、X2）、電源引腳（VCC、VBACKUP）、時(shí)鐘引腳（SCLK）、數(shù)據(jù)輸入輸出引腳（DIN、DOUT、I/O）、片選引腳（CS、CE）、中斷或方波輸出引腳（SQW/INT、SQW、INT）以及復(fù)位引腳（RST）等。

（二）引腳功能

• X1、X2：連接32.768kHz石英晶體，為內(nèi)部振蕩器提供時(shí)鐘信號(hào)。
• VBACKUP：直流備用電源輸入，可連接可充電電池、超級(jí)電容或二次電源。
• CS/CE：片選或芯片使能引腳，用于選擇或取消選擇設(shè)備。
• DIN/DOUT/I/O：數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，用于傳輸?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)。
• SQW/INT/SQW/INT：方波/中斷輸出引腳，可根據(jù)配置輸出可編程方波或中斷信號(hào)。
• RST：復(fù)位引腳，指示VCC相對(duì)于VPF的狀態(tài)，同時(shí)具備去抖功能。

五、功能詳解

（一）電源控制

通過精確的溫度補(bǔ)償電壓參考和比較器電路監(jiān)測(cè)VCC電平。當(dāng)VCC高于VPF時(shí)，設(shè)備可正常讀寫數(shù)據(jù)；當(dāng)VCC低于VPF時(shí)，內(nèi)部時(shí)鐘寄存器被鎖定，若VPF小于VBACKUP，設(shè)備電源將從VCC切換到VBACKUP，直到VCC恢復(fù)到正常水平。

（二）振蕩器電路

使用外部32.768kHz晶體，無需外部電阻或電容。晶體的參數(shù)（如標(biāo)稱頻率、串聯(lián)電阻、負(fù)載電容）對(duì)時(shí)鐘精度有重要影響，在設(shè)計(jì)時(shí)需選擇合適的晶體。

（三）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)載與晶體調(diào)整電容負(fù)載的匹配程度。溫度變化和外部電路噪聲可能會(huì)影響時(shí)鐘精度，因此在PCB布局時(shí)，應(yīng)注意對(duì)晶體和振蕩器進(jìn)行隔離，避免噪聲干擾。

（四）地址映射

RTC寄存器的地址在讀取模式下為00h - 0Fh，寫入模式下為80h - 8Fh。在多字節(jié)訪問時(shí)，地址指針會(huì)自動(dòng)循環(huán)。為避免時(shí)間和日期寄存器寫入時(shí)的溢出問題，應(yīng)在百分之一秒寄存器達(dá)到99（BCD）之前完成所有寄存器的寫入。

（五）鬧鐘功能

所有設(shè)備都有一個(gè)定時(shí)/日期鬧鐘，通過寫入寄存器88h - 8Ch來設(shè)置。鬧鐘可根據(jù)控制寄存器的設(shè)置，在匹配條件下激活SQW/INT或INT輸出。

（六）特殊用途寄存器

包括控制寄存器、狀態(tài)寄存器和涓流充電寄存器，用于控制RTC、鬧鐘、方波輸出和涓流充電功能。

• 控制寄存器：不同型號(hào)的控制寄存器功能略有不同，但主要用于控制振蕩器的啟用、方波或中斷輸出的使能、方波頻率的選擇以及鬧鐘中斷的使能等。
• 狀態(tài)寄存器：包含振蕩器停止標(biāo)志（OSF）和鬧鐘標(biāo)志（AF），用于指示振蕩器的狀態(tài)和鬧鐘是否觸發(fā)。
• 涓流充電寄存器：控制涓流充電器的啟用、二極管的選擇和電阻的選擇，用戶可根據(jù)需要設(shè)置充電參數(shù)。

六、接口通信

（一）SPI接口（DS1390/DS1391/DS1394）

支持SPI模式1和3（DS1390/DS1391）以及SPI模式0和2（DS1394），支持單字節(jié)和多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸通過CS、SCLK、DIN和DOUT引腳完成，地址和數(shù)據(jù)字節(jié)按MSB優(yōu)先順序傳輸。

（二）3 - 線接口（DS1392/DS1393）

支持單字節(jié)和多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)通過CE、SCLK和I/O引腳傳輸，地址和數(shù)據(jù)字節(jié)按LSB優(yōu)先順序傳輸。

七、應(yīng)用場(chǎng)景

DS1390 - DS1394系列適用于各種需要精確時(shí)間記錄的設(shè)備，如手持設(shè)備、GPS/遠(yuǎn)程信息處理設(shè)備、嵌入式時(shí)間戳醫(yī)療設(shè)備等。其低功耗、高精度和多功能的特點(diǎn)，使其在這些應(yīng)用中能夠發(fā)揮重要作用。

八、總結(jié)

DS1390 - DS1394系列低電壓SPI/3 - 線RTC芯片以其豐富的功能、高精度的時(shí)間計(jì)數(shù)和靈活的接口配置，為電子工程師在設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并注意晶體的選擇和PCB布局，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。你在使用這類RTC芯片時(shí)，遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。