探索DS1339A：低功耗I2C实时时钟的卓越之选

在电子设计领域，实时时钟（RTC）是许多系统中不可或缺的组件，它能为设备提供精确的时间和日期信息。今天，我们就来深入了解一下Maxim Integrated的DS1339A低电流I2C串行实时时钟，看看它有哪些独特的特性和优势。

文件下载：DS1339A.pdf

一、DS1339A概述

DS1339A是一款低功耗的时钟/日期设备，具备两个可编程的时间报警器和一个可编程的方波输出。它通过I2C总线进行地址和数据的串行传输，能提供秒、分、时、日、日期、月和年的信息。而且，它能自动调整月底日期，包括闰年的修正，支持24小时或12小时格式，并带有AM/PM指示。此外，它还内置了电源感应电路，能检测电源故障并自动切换到备用电源，确保时间、日期和报警功能的正常运行。

二、应用领域广泛

DS1339A的应用范围非常广泛，涵盖了多个领域：

• 手持设备：如GPS和POS终端，为其提供精确的时间信息。
• 消费电子：像机顶盒、数字记录仪和网络设备等，确保设备的时间同步。
• 办公设备：传真机、打印机和复印机等，保证文档记录的时间准确性。
• 医疗设备：血糖仪和药物分配器等，为医疗数据提供准确的时间戳。
• 电信设备：路由器、交换机和服务器等，维持网络设备的时间一致性。
• 其他领域：如电表、自动售货机、恒温器和调制解调器等。

三、显著的特性与优势

1. 兼容性强

DS1339A可直接替代DS1339，方便工程师进行升级和替换。

2. 精确计时

能精确计数秒、分、时、日、日期、月和年，并支持闰年补偿，直至2200年。

3. 双报警器功能

具备两个时间报警器，可根据需求进行编程设置。

4. 可编程方波输出

支持可编程的方波输出，满足不同的应用需求。

5. 晶体兼容性好

支持等效串联电阻（ESR）高达60kΩ的晶体。

6. 电源保护

即使在停电时，通过备用电源引脚仍能维持时间。同时具备自动电源故障检测和切换电路，以及涓流充电功能。

7. 宽电压支持

支持1.8V至5V的电源电压，适应不同的电源环境。

8. 振荡器监测

具备振荡器停止标志，能及时检测振荡器的状态。

9. 低电压运行

振荡器可在低至1.15V的电压下运行。

10. 接口丰富

通过I2C串行接口与各种微控制器进行通信，并且获得了Underwriters Laboratories（UL）的认证。

四、电气特性分析

1. 绝对最大额定值

• 任何引脚相对于地的电压范围为 -0.3V至 +6.0V。
• 工作温度范围（非冷凝）为 -40°C至 +85°C。
• 存储温度范围为 -55°C至 +125°C。
• 引脚焊接温度（10秒）为 +300°C，回流焊接温度为 +260°C。

2. 推荐工作条件

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压	(V_{CC})		1.71	3.3	5.5	V
备用电源电压	(V_{BACKUP})		1.3	3.0	3.7	V
(V_{BACKMIN})		1.15	1.3
逻辑1	(V_{IH})		0.7 x (V_{CC})		5.5	V
逻辑0	(V_{IL})		-0.3		0.3 x (V_{CC})	V
电源故障电压	(V_{PF})		1.51	1.61	1.71	V

3. 直流电气特性

包括输入泄漏电流、I/O泄漏电流、逻辑0输出电流、电源活动电流、备用电流、涓流充电器电阻等参数。

4. 交流电气特性

涵盖SCL时钟频率、总线空闲时间、条件保持时间、SCL时钟的低周期和高周期、数据保持时间和设置时间等参数。

5. 电源上下电特性

包括上电恢复时间、电源电压斜率等参数。

五、引脚配置与功能

DS1339A采用µSOP封装，其引脚配置和功能如下：	引脚名称	功能
X1	连接标准32.768kHz石英晶体，内部振荡器电路设计用于负载电容为6pF的晶体。
X2	与X1配合使用，用于连接晶体。
(V_{BACKUP})	备用电源，电压需保持在1.3V至3.7V之间，可连接一次电池、可充电电池或超级电容。
GND	接地。
SDA	串行数据输入/输出，为开漏输出，需外部上拉电阻。
SCL	串行时钟输入，用于同步I2C串行接口的数据传输。
SQW/INT	可编程方波/中断输出，为开漏输出，需外部上拉电阻。
(V_{CC})	主电源，当电压在正常范围内时，设备可完全访问，写入操作受抑制。

六、详细工作原理

1. 操作模式

DS1339A作为串行总线上的从设备，通过启动条件和设备识别码进行访问。当(V{CC})大于(V{PF})时，设备可完全访问并进行读写操作；当(V{CC})低于(V{PF})时，内部时钟寄存器被锁定。若(V{PF})小于(V{BACKUP})，当(V{CC})低于(V{PF})时，设备电源从(V{CC})切换到(V{BACKUP})；若(V{PF})大于(V{BACKUP})，当(V{CC})低于(V{BACKUP})时进行切换。

2. 电源控制

由精确的温度补偿电压参考和比较器电路监控(V{CC})电平。当(V{CC})大于(V{PF})时可进行读写操作；当(V{CC})低于(V{PF})时，内部时钟寄存器被封锁。电源切换后，寄存器由(V{BACKUP})维持，直到(V_{CC})恢复到正常水平。

3. 振荡器电路

使用外部32.768kHz晶体，无需外部电阻或电容。晶体参数包括标称频率32.768kHz、串联电阻最大60kΩ、负载电容6pF。

4. 时钟精度

时钟精度取决于晶体精度以及振荡器电路的电容负载与晶体修整电容负载的匹配程度，温度变化和外部电路噪声可能影响时钟精度。

5. RTC地址映射

DS1339A的寄存器地址映射如表3所示，多字节访问时地址指针会循环。在I2C启动或地址指针递增到00h时，当前时间会传输到第二组寄存器，避免读取时主寄存器更新的问题。

6. 时间和日期操作

时间和日期信息通过读取相应的寄存器字节获得，以BCD格式存储。可设置为12小时或24小时模式，世纪位（MONTH寄存器的第7位）在YEAR寄存器溢出时切换，闰年判断由世纪位决定。

7. 报警器功能

DS1339A包含两个时间/日期报警器，可通过编程设置激活SQW/INT输出。报警器掩码位控制报警条件，设备每秒检查一次报警匹配情况，匹配时相应的报警标志位被置为1。

8. 控制寄存器（0Eh）

控制SQW/INT引脚的操作并提供振荡器状态信息。包括使能振荡器（EOSC）、电池备份方波中断（BBSQI）、速率选择（RS2和RS1）、中断控制（INTCN）、报警2中断使能（A2IE）和报警1中断使能（A1IE）等位。

9. 状态寄存器（0Fh）

提供振荡器停止标志（OSF）、报警2标志（A2F）和报警1标志（A1F）等信息。

10. 涓流充电器（10h）

通过涓流充电选择位（TCS[3:0]）控制涓流充电器的启用，二极管选择位（DS[1:0]）选择是否连接二极管，ROUT[1:0]位选择电阻值。

七、I2C串行端口操作

1. I2C从地址

DS1339A的从地址字节为D0h，包含设备标识符和R/W位。

2. I2C定义

包括主设备、从设备、总线空闲、启动条件、停止条件、重复启动条件、位写入、位读取、确认（ACK和NACK）、字节写入和字节读取等概念。

3. I2C通信

• 单字节写入：主设备生成启动条件，写入从地址字节、内存地址、数据字节，最后生成停止条件。
• 多字节写入：主设备生成启动条件，写入从地址字节、起始内存地址、多个数据字节，最后生成停止条件。
• 单字节读取：主设备生成启动条件，写入从地址字节（R/W = 1），读取数据字节并发送NACK，最后生成停止条件。
• 多字节读取：主设备在读取字节时，若需要继续读取则发送ACK，读取最后一个字节时发送NACK，最后生成停止条件。

八、应用注意事项

1. 电源去耦

使用0.01μF和/或0.1μF的电容对(V_{CC})电源进行去耦，建议使用高质量的陶瓷表面贴装电容。

2. 开漏输出

SQW/INT和SDA输出为开漏输出，需要外部上拉电阻。

3. SDA和SCL上拉电阻

SDA需要外部上拉电阻实现逻辑高电平输出，SCL可使用开漏输出或CMOS输出驱动器。

4. 电池充电保护

DS1339A包含冗余电池充电保护电路，防止外部电池充电，并获得了UL认证。

5. 处理、PCB布局和组装

避免在封装下方布线，除非有接地平面；不要使用外部组件补偿晶体选择不当的问题；遵循防潮包装的处理说明。

九、订购信息

DS1339A的订购信息如下：	部件	温度范围	引脚封装
DS1339AU+	-40°C至 +85°C	8引脚FSOP

其中，“+”表示无铅/符合RoHS标准的封装。

综上所述，DS1339A是一款功能强大、性能可靠的实时时钟芯片，适用于各种需要精确时间管理的应用场景。在设计过程中，工程师们需要根据具体需求合理配置和使用该芯片，以充分发挥其优势。大家在使用DS1339A的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。