探索DS1321：靈活的非易失性控制器與鋰電池監(jiān)測(cè)器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，如何確保數(shù)據(jù)在電源故障時(shí)的安全性和完整性是一個(gè)關(guān)鍵問題。Maxim的DS1321非易失性控制器與鋰電池監(jiān)測(cè)器為解決這一問題提供了出色的方案。今天，我們就來深入了解一下這款功能強(qiáng)大的芯片。

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一、DS1321的核心特性

1. 非易失性內(nèi)存轉(zhuǎn)換

DS1321能夠?qū)MOS SRAM轉(zhuǎn)換為非易失性內(nèi)存。當(dāng) (V{CC}) 超出容差范圍時(shí)，它會(huì)無(wú)條件地對(duì)SRAM進(jìn)行寫保護(hù)，并且在 (V{CC}) 電源故障時(shí)自動(dòng)切換到電池備份電源，確保SRAM數(shù)據(jù)的安全。

2. 靈活的內(nèi)存組織

它支持三種不同的內(nèi)存配置模式：

• 模式0：4個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體包含1個(gè)SRAM。
• 模式1：2個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體包含2個(gè)SRAM。
• 模式2：1個(gè)存儲(chǔ)體，包含4個(gè)SRAM。

3. 鋰電池監(jiān)測(cè)

DS1321可以監(jiān)測(cè)鋰電池的電壓，并在電池即將失效時(shí)提供提前警告。當(dāng)電池電量低時(shí)，會(huì)通過低電平有效的電池警告輸出信號(hào)通知系統(tǒng)。

4. 電源故障處理

在電源故障發(fā)生時(shí)，它會(huì)復(fù)位處理器，并在系統(tǒng)上電期間保持處理器處于復(fù)位狀態(tài)。同時(shí)，它還提供可選的5%或10%電源故障檢測(cè)。

5. 多種封裝形式

DS1321提供16引腳PDIP、16引腳SO和20引腳TSSOP三種封裝，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。其工業(yè)溫度范圍為 -40°C 至 +85°C，能適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。

二、引腳功能與分配

1. 引腳描述

2. 引腳分配

不同封裝的DS1321引腳分配有所不同，具體可參考文檔中的詳細(xì)圖表。例如，16引腳PDIP封裝中， (V{CCI}) 為1腳， (V{CCO}) 為16腳等。

三、工作原理與功能實(shí)現(xiàn)

1. 內(nèi)存?zhèn)浞?/h3>

DS1321通過以下兩個(gè)主要步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)多達(dá)四個(gè)SRAM的電池備份：

• 電源切換：當(dāng) (V{CCI}) 低于 (V{CCTP}) 且 (V{CCI}) 低于電池電壓 (V{BAT}) 時(shí)，電池會(huì)被切換為SRAM提供備份電源，且切換時(shí)的電壓降小于0.2V。
• 電源故障檢測(cè)與寫保護(hù)：持續(xù)監(jiān)測(cè) (V_{CCI}) ，當(dāng)電源超出容差范圍時(shí)，精密比較器會(huì)檢測(cè)到電源故障，并禁止四個(gè)芯片使能輸出，以對(duì)SRAM進(jìn)行寫保護(hù)。同時(shí)，該芯片還采用了一種特殊的延遲寫保護(hù)方案，確保在電源故障發(fā)生時(shí)正在進(jìn)行的內(nèi)存訪問能夠正常完成。

2. 內(nèi)存配置

通過 (MODE) 引腳，DS1321可以配置為三種不同的內(nèi)存排列方式。 (MODE) 引腳的狀態(tài)在 (V{CCI}=V{CCTP}) 上電時(shí)被鎖存。具體配置如下：

• (MODE = GND) ：4個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體1個(gè)SRAM。
• (MODE = V_{CCO}) ：2個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體2個(gè)SRAM。
• (MODE) 浮空：1個(gè)存儲(chǔ)體，包含4個(gè)SRAMs。

3. 電池電壓監(jiān)測(cè)

DS1321會(huì)按照工廠編程的24小時(shí)時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行電池電壓監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)在 (V{CCI}) 高于 (V{CCTP}) 后的 (t{REC}) 內(nèi)開始，在電源故障時(shí)暫停。每24小時(shí)，DS1321會(huì)將 (V{BAT}) 連接到內(nèi)部1 MΩ測(cè)試電阻 (R{INT}) 一秒鐘。如果在此期間 (V{BAT}) 低于工廠編程的電池電壓觸發(fā)點(diǎn) (V{BTP}) ，電池警告輸出 (overline{BW}) 會(huì)被置位。一旦 (overline{BW}) 被激活，電池測(cè)試將以 (t{BTCW}) 為周期進(jìn)行，直到電池被物理移除并更換為新電池。

4. 電源監(jiān)測(cè)

DS1321能夠自動(dòng)檢測(cè)電源供應(yīng)的異常情況，并向基于處理器的系統(tǒng)發(fā)出即將發(fā)生電源故障的警告。當(dāng) (V{CCI}) 低于由 (TOL) 引腳定義的觸發(fā)點(diǎn) (V{CCRP}) 時(shí)， (V{CCI}) 比較器會(huì)激活復(fù)位信號(hào) (RST) 。 (RST) 信號(hào)在電源上電時(shí)也作為上電復(fù)位信號(hào)，在 (V{CCI}) 超過 (V_{CCTP}) 后， (RST) 會(huì)保持激活200 ms（標(biāo)稱值），以防止上電瞬態(tài)期間的系統(tǒng)操作。

5. 新鮮度密封模式

當(dāng)電池首次連接到DS1321且未施加 (V{CC}) 電源時(shí)，設(shè)備不會(huì)立即在 (V{CCO}) 上提供電池備份電源。只有在 (V{CCI}) 超過 (V{CCTP}) 后，DS1321才會(huì)離開新鮮度密封模式。這種模式允許在制造過程中連接電池，但直到系統(tǒng)首次激活后才使用，從而避免了電池在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中的能量消耗。

四、電氣特性與參數(shù)

1. 絕對(duì)最大額定值

• 任何引腳相對(duì)于地的電壓范圍： -0.5V 至 +6.0V
• 工作溫度范圍： -40°C 至 +85°C
• 存儲(chǔ)溫度范圍： -55°C 至 +125°C
• 焊接溫度（回流焊，SO或TSSOP）： +260°C
• 引腳溫度（焊接，10s）： +300°C

2. 推薦工作條件

3. 直流電氣特性

包括工作電流、RAM 電源電壓、電源電流、 (V{CC}) 觸發(fā)點(diǎn)、 (V{BAT}) 觸發(fā)點(diǎn)等參數(shù)的具體數(shù)值范圍。例如，工作電流（TTL輸入）典型值為1 mA，最大值為1.5 mA； (V_{CC}) 觸發(fā)點(diǎn)（ (TOL = GND) ）最小值為4.50V，典型值為4.62V，最大值為4.75V 。

4. 交流電氣特性

涉及 (CEI) 到 (CEO) 的傳播延遲、 (CE) 脈沖寬度、 (V_{CC}) 有效到寫保護(hù)結(jié)束時(shí)間等參數(shù)。如 (CEI) 到 (CEO) 的傳播延遲典型值為12 ns，最大值為20 ns； (CE) 脈沖寬度最大值為1.5 μs 。

五、時(shí)序圖與注意事項(xiàng)

文檔中提供了電源上電、電源下電、電池警告檢測(cè)和電池更換的時(shí)序圖，幫助工程師更好地理解DS1321在不同工作狀態(tài)下的信號(hào)變化。同時(shí)，還給出了一些注意事項(xiàng)，例如：

• 電池監(jiān)測(cè)不能持續(xù)進(jìn)行，否則會(huì)大幅縮短電池壽命。DS1321每24小時(shí)僅測(cè)試電池一秒鐘，測(cè)試間隔期間不進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
• 對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間斷電的系統(tǒng)，可能會(huì)在沒有任何提前警告的情況下耗盡鋰電池電量。因此，使用DS1321電池監(jiān)測(cè)功能的系統(tǒng)應(yīng)定期上電進(jìn)行電池測(cè)試。
• 當(dāng) (overline{BW}) 激活時(shí)，更換電池時(shí)應(yīng)確保 (V{CCI}) 處于標(biāo)稱值，以避免SRAM數(shù)據(jù)丟失。同時(shí)，要滿足舊電池拆卸和新電池安裝之間的最小時(shí)間間隔 (t{BDBA}) ，否則 (overline{BW}) 可能不會(huì)在新電池安裝后停用。

六、訂購(gòu)信息與封裝信息

1. 訂購(gòu)信息

其中，“+” 表示無(wú)鉛/符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的封裝。

2. 封裝信息

可通過訪問 www.maxim-ic.com/packages 獲取最新的封裝輪廓信息和焊盤圖案。不同封裝類型有對(duì)應(yīng)的封裝代碼、輪廓編號(hào)和焊盤圖案編號(hào)。

七、數(shù)據(jù)手冊(cè)修訂摘要

文檔還提供了不同版本數(shù)據(jù)手冊(cè)的修訂摘要，記錄了參數(shù)變化、功能調(diào)整等信息。例如，在不同版本中， (I{CCO1}) 、 (I{CCO2}) 、 (V_{BTP}) 等參數(shù)的數(shù)值有所改變，同時(shí)對(duì)一些功能描述進(jìn)行了澄清和更新。

綜上所述，DS1321是一款功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)靈活的非易失性控制器與鋰電池監(jiān)測(cè)器，能夠?yàn)殡娮酉到y(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)和電源管理解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求合理配置DS1321的各項(xiàng)功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。