探索DS1339A：低功耗I2C實時時鐘的卓越之選

在電子設計領域，實時時鐘（RTC）是許多系統(tǒng)中不可或缺的組件，它能為設備提供精確的時間和日期信息。今天，我們就來深入了解一下Maxim Integrated的DS1339A低電流I2C串行實時時鐘，看看它有哪些獨特的特性和優(yōu)勢。

文件下載：DS1339A.pdf

一、DS1339A概述

DS1339A是一款低功耗的時鐘/日期設備，具備兩個可編程的時間報警器和一個可編程的方波輸出。它通過I2C總線進行地址和數(shù)據(jù)的串行傳輸，能提供秒、分、時、日、日期、月和年的信息。而且，它能自動調(diào)整月底日期，包括閏年的修正，支持24小時或12小時格式，并帶有AM/PM指示。此外，它還內(nèi)置了電源感應電路，能檢測電源故障并自動切換到備用電源，確保時間、日期和報警功能的正常運行。

二、應用領域廣泛

DS1339A的應用范圍非常廣泛，涵蓋了多個領域：

• 手持設備：如GPS和POS終端，為其提供精確的時間信息。
• 消費電子：像機頂盒、數(shù)字記錄儀和網(wǎng)絡設備等，確保設備的時間同步。
• 辦公設備：傳真機、打印機和復印機等，保證文檔記錄的時間準確性。
• 醫(yī)療設備：血糖儀和藥物分配器等，為醫(yī)療數(shù)據(jù)提供準確的時間戳。
• 電信設備：路由器、交換機和服務器等，維持網(wǎng)絡設備的時間一致性。
• 其他領域：如電表、自動售貨機、恒溫器和調(diào)制解調(diào)器等。

三、顯著的特性與優(yōu)勢

1. 兼容性強

DS1339A可直接替代DS1339，方便工程師進行升級和替換。

2. 精確計時

能精確計數(shù)秒、分、時、日、日期、月和年，并支持閏年補償，直至2200年。

3. 雙報警器功能

具備兩個時間報警器，可根據(jù)需求進行編程設置。

4. 可編程方波輸出

支持可編程的方波輸出，滿足不同的應用需求。

5. 晶體兼容性好

支持等效串聯(lián)電阻（ESR）高達60kΩ的晶體。

6. 電源保護

即使在停電時，通過備用電源引腳仍能維持時間。同時具備自動電源故障檢測和切換電路，以及涓流充電功能。

7. 寬電壓支持

支持1.8V至5V的電源電壓，適應不同的電源環(huán)境。

8. 振蕩器監(jiān)測

具備振蕩器停止標志，能及時檢測振蕩器的狀態(tài)。

9. 低電壓運行

振蕩器可在低至1.15V的電壓下運行。

10. 接口豐富

通過I2C串行接口與各種微控制器進行通信，并且獲得了Underwriters Laboratories（UL）的認證。

四、電氣特性分析

1. 絕對最大額定值

• 任何引腳相對于地的電壓范圍為 -0.3V至 +6.0V。
• 工作溫度范圍（非冷凝）為 -40°C至 +85°C。
• 存儲溫度范圍為 -55°C至 +125°C。
• 引腳焊接溫度（10秒）為 +300°C，回流焊接溫度為 +260°C。

2. 推薦工作條件

3. 直流電氣特性

包括輸入泄漏電流、I/O泄漏電流、邏輯0輸出電流、電源活動電流、備用電流、涓流充電器電阻等參數(shù)。

4. 交流電氣特性

涵蓋SCL時鐘頻率、總線空閑時間、條件保持時間、SCL時鐘的低周期和高周期、數(shù)據(jù)保持時間和設置時間等參數(shù)。

5. 電源上下電特性

包括上電恢復時間、電源電壓斜率等參數(shù)。

五、引腳配置與功能

六、詳細工作原理

1. 操作模式

DS1339A作為串行總線上的從設備，通過啟動條件和設備識別碼進行訪問。當(V{CC})大于(V{PF})時，設備可完全訪問并進行讀寫操作；當(V{CC})低于(V{PF})時，內(nèi)部時鐘寄存器被鎖定。若(V{PF})小于(V{BACKUP})，當(V{CC})低于(V{PF})時，設備電源從(V{CC})切換到(V{BACKUP})；若(V{PF})大于(V{BACKUP})，當(V{CC})低于(V{BACKUP})時進行切換。

2. 電源控制

由精確的溫度補償電壓參考和比較器電路監(jiān)控(V{CC})電平。當(V{CC})大于(V{PF})時可進行讀寫操作；當(V{CC})低于(V{PF})時，內(nèi)部時鐘寄存器被封鎖。電源切換后，寄存器由(V{BACKUP})維持，直到(V_{CC})恢復到正常水平。

3. 振蕩器電路

使用外部32.768kHz晶體，無需外部電阻或電容。晶體參數(shù)包括標稱頻率32.768kHz、串聯(lián)電阻最大60kΩ、負載電容6pF。

4. 時鐘精度

時鐘精度取決于晶體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，溫度變化和外部電路噪聲可能影響時鐘精度。

5. RTC地址映射

DS1339A的寄存器地址映射如表3所示，多字節(jié)訪問時地址指針會循環(huán)。在I2C啟動或地址指針遞增到00h時，當前時間會傳輸?shù)降诙M寄存器，避免讀取時主寄存器更新的問題。

6. 時間和日期操作

時間和日期信息通過讀取相應的寄存器字節(jié)獲得，以BCD格式存儲?？稍O置為12小時或24小時模式，世紀位（MONTH寄存器的第7位）在YEAR寄存器溢出時切換，閏年判斷由世紀位決定。

7. 報警器功能

DS1339A包含兩個時間/日期報警器，可通過編程設置激活SQW/INT輸出。報警器掩碼位控制報警條件，設備每秒檢查一次報警匹配情況，匹配時相應的報警標志位被置為1。

8. 控制寄存器（0Eh）

控制SQW/INT引腳的操作并提供振蕩器狀態(tài)信息。包括使能振蕩器（EOSC）、電池備份方波中斷（BBSQI）、速率選擇（RS2和RS1）、中斷控制（INTCN）、報警2中斷使能（A2IE）和報警1中斷使能（A1IE）等位。

9. 狀態(tài)寄存器（0Fh）

提供振蕩器停止標志（OSF）、報警2標志（A2F）和報警1標志（A1F）等信息。

10. 涓流充電器（10h）

通過涓流充電選擇位（TCS[3:0]）控制涓流充電器的啟用，二極管選擇位（DS[1:0]）選擇是否連接二極管，ROUT[1:0]位選擇電阻值。

七、I2C串行端口操作

1. I2C從地址

DS1339A的從地址字節(jié)為D0h，包含設備標識符和R/W位。

2. I2C定義

包括主設備、從設備、總線空閑、啟動條件、停止條件、重復啟動條件、位寫入、位讀取、確認（ACK和NACK）、字節(jié)寫入和字節(jié)讀取等概念。

3. I2C通信

• 單字節(jié)寫入：主設備生成啟動條件，寫入從地址字節(jié)、內(nèi)存地址、數(shù)據(jù)字節(jié)，最后生成停止條件。
• 多字節(jié)寫入：主設備生成啟動條件，寫入從地址字節(jié)、起始內(nèi)存地址、多個數(shù)據(jù)字節(jié)，最后生成停止條件。
• 單字節(jié)讀取：主設備生成啟動條件，寫入從地址字節(jié)（R/W = 1），讀取數(shù)據(jù)字節(jié)并發(fā)送NACK，最后生成停止條件。
• 多字節(jié)讀取：主設備在讀取字節(jié)時，若需要繼續(xù)讀取則發(fā)送ACK，讀取最后一個字節(jié)時發(fā)送NACK，最后生成停止條件。

八、應用注意事項

1. 電源去耦

使用0.01μF和/或0.1μF的電容對(V_{CC})電源進行去耦，建議使用高質(zhì)量的陶瓷表面貼裝電容。

2. 開漏輸出

SQW/INT和SDA輸出為開漏輸出，需要外部上拉電阻。

3. SDA和SCL上拉電阻

SDA需要外部上拉電阻實現(xiàn)邏輯高電平輸出，SCL可使用開漏輸出或CMOS輸出驅動器。

4. 電池充電保護

DS1339A包含冗余電池充電保護電路，防止外部電池充電，并獲得了UL認證。

5. 處理、PCB布局和組裝

避免在封裝下方布線，除非有接地平面；不要使用外部組件補償晶體選擇不當?shù)膯栴}；遵循防潮包裝的處理說明。

九、訂購信息

其中，“+”表示無鉛/符合RoHS標準的封裝。

綜上所述，DS1339A是一款功能強大、性能可靠的實時時鐘芯片，適用于各種需要精確時間管理的應用場景。在設計過程中，工程師們需要根據(jù)具體需求合理配置和使用該芯片，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用DS1339A的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。