深度剖析DS17285/DS17287等實時時鐘芯片：功能、特性與應用

在電子設計領域，實時時鐘（RTC）芯片是確保系統時間準確性和穩定性的關鍵組件。今天我們將深入探討Maxim Integrated推出的DS17285、DS17287、DS17485、DS17487、DS17885和DS17887系列實時時鐘芯片，了解它們的特性、功能以及在實際應用中的表現。

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1. 芯片概述

DS17x85和DS17x87系列實時時鐘芯片是行業標準DS12885和DS12887的繼任者。DS17x85提供實時時鐘/日歷、一次性日報警、三個可屏蔽中斷、可編程方波輸出以及114字節的電池備份非易失性SRAM，還具備硅序列號、電源開關控制電路等增強功能，以及2k、4k或8k字節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通過外部刺激（如鍵盤）或時間日期（喚醒）報警來開啟電源。PWR輸出引腳會被這些事件觸發，用于開啟外部電源，并且該引腳受軟件控制，任務完成后可關閉系統電源。

2. 關鍵特性

2.1 集成標準與增強功能

這些芯片集成了行業標準的DS1287 PC時鐘，并具備增強功能。RTC可對秒、分、時、日、日期、月和年進行計數，支持到2099年的閏年補償。

2.2 電源與操作模式

支持可選的+3.0V或+5.0V操作，具備SMI恢復堆棧和64位硅序列號。電源控制電路支持系統通過日期/時間報警或按鍵閉合開啟電源。

2.3 時鐘模式

支持12小時或24小時時鐘模式，12小時模式下有AM和PM指示。

2.4 內存與功能

擁有114字節的通用電池備份非易失性SRAM，以及擴展的電池備份非易失性SRAM（DS17285/DS17287為2048字節，DS17485/DS17487為4096字節，DS17885/DS17887為8192字節）。具備RAM清除功能、六個獨立可屏蔽中斷標志的中斷輸出、一次性日報警、時鐘更新周期結束標志、可編程方波輸出、自動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），可選工業溫度范圍，且獲得了Underwriters Laboratory（UL）認證。

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，商業工作溫度范圍為0°C至 +70°C，工業工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，存儲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、待機電流、輸入泄漏電流、輸出邏輯電壓等參數，不同電壓模式下有不同的取值范圍。

3.3 AC電氣特性

包括周期時間、脈沖寬度、輸入上升和下降時間、芯片選擇設置時間、數據保持時間等參數，不同電壓模式下也有不同的表現。

4. 詳細功能解析

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。晶體的標稱頻率為32.768kHz，串聯電阻最大為50kΩ，負載電容為6pF或12.5pF。也可使用外部32.768kHz振蕩器驅動，此時X1引腳連接外部振蕩器信號，X2引腳不連接。

4.2 時鐘精度

時鐘精度取決于晶體的精度以及振蕩器電路的電容負載與晶體修整電容負載的匹配程度。溫度變化會導致晶體頻率漂移，外部電路噪聲耦合到振蕩器電路可能導致時鐘運行過快。DS17287、DS17487和DS17887的封裝DIP（EDIP）模塊在工廠進行了修整，在25°C時精度可達每月 ±1分鐘。

4.3 電源控制

當VCC高于VPF時，設備可完全訪問并進行數據讀寫；當VCC低于VPF時，設備禁止讀寫訪問。如果VPF小于VBAT，當VCC下降到VPF以下時，設備電源從VCC切換到VBAT或VBAUX中較高的一個；如果VPF大于VBAT或VBAUX中的較高值，當VCC下降到較高備份源以下時，設備電源切換到VBAT或VBAUX中較高的一個。寄存器由VBAT或VBAUX源維持，直到VCC恢復到標稱水平。

4.4 時間、日歷和報警

時間和日歷信息通過讀取相應的寄存器字節獲得，可設置為二進制或二進制編碼十進制（BCD）格式。日周寄存器在午夜遞增，月份末尾的日期會自動調整，包括閏年校正。在寫入內部時間、日歷和報警寄存器之前，應將寄存器B中的SET位設置為邏輯1，以防止在訪問時進行更新。

報警字節有兩種使用方式：一是在指定時間每天觸發報警中斷；二是在一個或多個報警字節中插入“不關心”狀態，根據設置的“不關心”位不同，可實現每小時、每分鐘或每秒觸發報警。

4.5 控制寄存器

四個控制寄存器（A、B、C和D）位于銀行0和銀行1中，可隨時訪問。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、數據模式、時鐘格式和夏令時調整，寄存器C包含中斷請求標志，寄存器D指示電池狀態。

4.6 非易失性RAM

用戶RAM字節可作為電池備份內存使用，分為兩個獨立的內存銀行。銀行0可訪問14個實時時鐘寄存器和114字節的用戶RAM，銀行1可訪問額外的2k、4k或8k字節的用戶RAM。

4.7 中斷

RTC包含六個獨立的自動中斷源，包括報警中斷、周期性中斷、更新結束中斷、喚醒中斷、啟動中斷和RAM清除中斷。應用程序軟件可選擇使用哪些中斷，通過設置相應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個抽頭之一，可設置方波輸出頻率。如果E32K = 1，無論RS3 - RS0位狀態如何，SQW引腳都會輸出32kHz方波。

4.9 更新周期

DS17x85每秒執行一次更新周期，當寄存器B中的SET位設置為1時，雙緩沖的時間、日歷和報警字節的用戶副本會凍結，但時間倒計時鏈會繼續更新內部副本。為避免訪問不一致的時間和日歷數據，可使用更新結束中斷、更新進行中（UIP）位或周期性中斷來處理。

4.10 擴展功能

通過軟件控制的銀行切換方案訪問擴展功能，銀行0包含時鐘/日歷寄存器和50字節的用戶RAM，銀行1包含擴展寄存器，提供64位硅序列號、世紀計數器、RTC寫入計數器、日期報警、輔助電池控制/狀態、喚醒、啟動、RAM清除控制/狀態和擴展RAM訪問等功能。

5. 應用場景

這些實時時鐘芯片適用于嵌入式系統、公用事業儀表、安全系統、網絡集線器、網橋和路由器等領域。在這些應用中，它們能夠提供準確的時間信息，確保系統的正常運行和數據的準確性。

6. 總結

DS17285/DS17287/DS17485/DS17487/DS17885/DS17887系列實時時鐘芯片具有豐富的功能和出色的性能，能夠滿足各種應用場景的需求。在實際設計中，電子工程師可以根據具體需求選擇合適的芯片，并合理配置其功能，以實現系統的穩定運行和精確計時。你在使用這些芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。