探秘DS1685/DS1687 3V/5V實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片：功能、特性與應(yīng)用全解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）芯片扮演著至關(guān)重要的角色，它能為系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的時(shí)間信息，確保設(shè)備按照預(yù)定的時(shí)間邏輯運(yùn)行。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的DS1685/DS1687 3V/5V實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，這兩款芯片不僅繼承了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DS1287 PC時(shí)鐘的功能，還具備一系列增強(qiáng)特性，能滿足多種應(yīng)用場景的需求。

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芯片特性亮點(diǎn)

電源與兼容性

DS1685/DS1687支持+3V或+5V的電源電壓，具有廣泛的適用性。它與現(xiàn)有的BIOS兼容，能無縫替代原DS1287的功能，方便工程師在現(xiàn)有系統(tǒng)中進(jìn)行升級。同時(shí)，芯片還擁有64位硅序列號，為設(shè)備的識別和管理提供了便利。

電源控制與喚醒功能

芯片的電源控制電路十分強(qiáng)大，支持系統(tǒng)通過日期/時(shí)間鬧鐘或按鍵閉合實(shí)現(xiàn)電源開啟。PWR輸出引腳可由這些事件觸發(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，實(shí)現(xiàn)智能的電源管理。

內(nèi)存與時(shí)鐘功能

芯片配備了242字節(jié)的電池備份非易失性RAM（NV RAM），可用于存儲重要數(shù)據(jù)。其計(jì)時(shí)算法包含閏年補(bǔ)償，有效期至2099年，確保了長時(shí)間的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。此外，還提供32kHz輸出，可用于電源管理。

晶體選擇與其他特性

通過晶體選擇位，RTC可使用6pF或12.5pF的晶體，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí)，芯片還具備SMI恢復(fù)堆棧、輔助電池輸入、RAM清除輸入、世紀(jì)寄存器和日期鬧鐘寄存器等功能。

芯片引腳與封裝

引腳功能詳解

DS1685/DS1687的引腳功能豐富多樣，每個(gè)引腳都有其特定的作用。例如，PWR引腳用于系統(tǒng)電源的開關(guān)控制；X1和X2引腳用于連接32.768kHz石英晶體，為時(shí)鐘提供穩(wěn)定的振蕩源；AD0 - AD7是復(fù)用的雙向地址/數(shù)據(jù)總線，用于數(shù)據(jù)的傳輸和地址的選擇；CS是芯片選擇輸入，低電平有效，用于選擇訪問芯片的RTC部分；ALE是地址選通輸入，高電平有效，用于解復(fù)用總線等。

封裝形式多樣

芯片提供多種封裝形式，包括PDIP、PLCC、TSSOP、SO和EDIP等，滿足不同應(yīng)用場景的需求。其中，DS1685為芯片形式，而DS1687是獨(dú)立封裝的DIP（EDIP），內(nèi)置電池和晶體，方便用戶使用。

工作原理與關(guān)鍵電路

振蕩器電路

DS1685使用外部32.768kHz晶體，振蕩器電路無需外部電阻或電容。晶體的參數(shù)對振蕩器的啟動時(shí)間和穩(wěn)定性有重要影響，高ESR和過大的電容負(fù)載會導(dǎo)致啟動時(shí)間過長。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇具有推薦特性的晶體，并注意PCB布局，以確保振蕩器能在短時(shí)間內(nèi)啟動。

時(shí)鐘精度

時(shí)鐘的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。溫度變化會導(dǎo)致晶體頻率漂移，外部電路噪聲耦合到振蕩器電路也會影響時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。為了減少噪聲干擾，可采用合理的PCB布局，將晶體和振蕩器與噪聲源隔離。

電源管理

無論VCC輸入電平如何，RTC功能都會繼續(xù)運(yùn)行，所有的RAM、時(shí)間、日歷和鬧鐘存儲位置都是非易失性的。當(dāng)VCC低于有效電平，至少需要一個(gè)備用電源保持在最小和最大限制范圍內(nèi)。當(dāng)VCC超過功率故障觸發(fā)點(diǎn)（VPF）時(shí)，設(shè)備在tREC時(shí)間后可訪問，確保系統(tǒng)在電源恢復(fù)后穩(wěn)定運(yùn)行。

時(shí)間、日歷與鬧鐘設(shè)置

時(shí)間和日歷信息可通過讀取相應(yīng)的寄存器字節(jié)獲得，設(shè)置時(shí)需將寄存器B中的SET位寫為邏輯1，以防止在訪問時(shí)更新發(fā)生。數(shù)據(jù)格式可以是二進(jìn)制或二進(jìn)制編碼十進(jìn)制（BCD），所有時(shí)間、日歷和鬧鐘寄存器必須使用相同的數(shù)據(jù)模式。鬧鐘設(shè)置有多種方式，可通過設(shè)置“不關(guān)心”狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)不同的鬧鐘觸發(fā)條件。

控制寄存器與功能實(shí)現(xiàn)

控制寄存器A

控制寄存器A（0Ah）包含多個(gè)重要位。UIP位是更新進(jìn)行中的狀態(tài)標(biāo)志，可用于監(jiān)測更新傳輸?shù)臓顟B(tài)；DV2、DV1、DV0位用于控制振蕩器的開關(guān)和倒計(jì)時(shí)鏈的復(fù)位；RS3 - RS0位用于選擇15級分頻器的13個(gè)抽頭之一，或禁用分頻器輸出，可用于生成輸出方波和/或周期性中斷。

控制寄存器B

控制寄存器B（0Bh）的各個(gè)位也有不同的功能。SET位用于控制更新傳輸?shù)拈_啟和關(guān)閉；PIE位用于啟用周期性中斷；AIE位用于啟用鬧鐘中斷；UIE位用于啟用更新結(jié)束中斷；SQWE位用于控制方波輸出的開啟和關(guān)閉；DM位用于指示時(shí)間和日歷信息的數(shù)據(jù)模式；24/12位用于設(shè)置小時(shí)字節(jié)的格式；DSE位用于啟用夏令時(shí)調(diào)整。

其他控制寄存器

寄存器C和D是只讀寄存器，用于提供狀態(tài)信息。此外，還有擴(kuò)展控制寄存器4A和4B，用于控制和監(jiān)測芯片的擴(kuò)展功能，如輔助電池、喚醒、啟動和RAM清除等。

中斷控制與方波輸出

中斷控制

DS1685/DS1687包含六種獨(dú)立的自動中斷源，包括鬧鐘中斷、周期性中斷、更新結(jié)束中斷、喚醒中斷、啟動中斷和RAM清除中斷。應(yīng)用程序可以通過設(shè)置相應(yīng)的中斷使能位來選擇使用哪些中斷。中斷標(biāo)志位在寄存器C或擴(kuò)展寄存器4A中設(shè)置，可用于輪詢模式。

方波輸出

SQW引腳可通過編程輸出多種頻率的方波，由寄存器B中的SQWE位或擴(kuò)展寄存器4B中的E32K位控制。當(dāng)E32K = 1時(shí)，無論RS3 - 0和SQWE的設(shè)置如何，都會輸出32.768kHz的方波。方波輸出可用于時(shí)鐘外部電源管理電路。

擴(kuò)展功能與應(yīng)用場景

擴(kuò)展功能

芯片通過軟件控制的銀行切換方案實(shí)現(xiàn)了一系列擴(kuò)展功能，包括64位硅序列號、世紀(jì)計(jì)數(shù)器、日期鬧鐘、輔助電池控制、喚醒、啟動、RAM清除控制和128字節(jié)擴(kuò)展RAM訪問等。這些功能為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性和擴(kuò)展性。

應(yīng)用場景

DS1685/DS1687適用于多種應(yīng)用場景，如嵌入式系統(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。在這些應(yīng)用中，芯片的高精度計(jì)時(shí)、電源管理和數(shù)據(jù)存儲功能能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

電氣特性與注意事項(xiàng)

電氣特性

芯片的電氣特性包括絕對最大額定值、推薦的直流工作條件、直流電氣特性、RTC交流時(shí)序特性和電容等。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保芯片的工作條件在這些參數(shù)范圍內(nèi)，以保證芯片的正常運(yùn)行和可靠性。

注意事項(xiàng)

在使用芯片時(shí)，需要注意一些事項(xiàng)。例如，在電池備份模式下，不允許出現(xiàn)任何幅度的負(fù)下沖；在焊接時(shí)，要注意溫度限制，特別是EDIP封裝的芯片；在選擇晶體時(shí)，要參考相關(guān)的應(yīng)用筆記，確保晶體的參數(shù)符合要求。

DS1685/DS1687 3V/5V實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片以其豐富的功能、靈活的設(shè)計(jì)和可靠的性能，為電子工程師在實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求，合理利用芯片的各種特性，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和精準(zhǔn)計(jì)時(shí)。你在使用類似實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。