低功耗RTC芯片DS1390 - DS1394：多功能与高性能的完美结合

在电子设备的设计中，实时时钟（RTC）起着至关重要的作用，它为系统提供精确的时间信息，确保设备的正常运行和数据的准确记录。DS1390 - DS1394系列低电压SPI/3 - 线RTC芯片就是这样一款性能卓越的产品，下面我们来详细了解一下。

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一、芯片概述

DS1390 - DS1394系列包括DS1390/DS1391/DS1394（SPI接口）和DS1392/DS1393（3 - 线接口），它们提供了从百分之一秒到年的时间信息，并且能自动调整月末日期，包括闰年修正。时钟支持24小时或12小时格式，并带有AM/PM指示，同时具备可编程的定时闹钟功能。

一个温度补偿的电压参考模块会实时监测VCC的状态，当检测到电源故障时，会自动禁用总线接口并切换到备用电源。

二、产品特性

（一）时间计数与补偿

能够精确计数百分之一秒、秒、分、时、日、日期、月和年，并且具备闰年补偿功能，有效期至2100年。这使得设备在长时间运行过程中，时间的准确性得到了充分保障。

（二）输出配置

部分型号（DS1390/DS1393/DS1394）的输出引脚可配置为中断或方波输出，方波频率可在32.768kHz、8.192kHz、4.096kHz或1Hz中选择，为不同的应用场景提供了灵活的选择。

（三）闹钟功能

所有型号都配备一个定时闹钟，可根据用户需求进行编程设置，满足多样化的定时需求。

（四）电源管理

具备电源故障检测和切换电路，确保在主电源故障时，设备能够无缝切换到备用电源，保证时间信息的持续记录。

（五）其他特性

DS1391/DS1393具有复位输出/去抖输入功能；DS1392有独立的SQW和INT输出；支持SPI模式0和2（DS1394）、SPI模式1和3（DS1390/DS1391）以及3 - 线接口（DS1392/DS1393）；工作电压范围广，包括1.8V ±5%、3.0V ±10%和2.97 - 5.5V（DS1394为3.3V ±10%）；工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，适用于工业环境。

三、电气特性

（一）直流特性

详细规定了不同型号在不同工作电压下的各项参数，如电源电压、逻辑电平、备用电源电压、电源故障电压等。例如，DS139x - 33的电源电压范围为2.97 - 5.50V，逻辑1的输入电压为0.7x Vcc至Vcc + 0.5V等。

（二）交流特性

对于SPI和3 - 线接口，规定了SCLK频率、数据建立和保持时间、时钟高低电平时间等参数。如在2.7V ≤ VCC ≤ 5.5V时，SCLK频率最大为4MHz；在1.71V ≤ VCC ≤ 1.89V时，SCLK频率最大为1MHz。

四、引脚配置与功能

（一）引脚配置

所有设备均采用10 - 引脚µSOP封装，不同型号的引脚功能有所差异，但主要包括晶体连接引脚（X1、X2）、电源引脚（VCC、VBACKUP）、时钟引脚（SCLK）、数据输入输出引脚（DIN、DOUT、I/O）、片选引脚（CS、CE）、中断或方波输出引脚（SQW/INT、SQW、INT）以及复位引脚（RST）等。

（二）引脚功能

• X1、X2：连接32.768kHz石英晶体，为内部振荡器提供时钟信号。
• VBACKUP：直流备用电源输入，可连接可充电电池、超级电容或二次电源。
• CS/CE：片选或芯片使能引脚，用于选择或取消选择设备。
• DIN/DOUT/I/O：数据输入输出引脚，用于传输地址和数据。
• SQW/INT/SQW/INT：方波/中断输出引脚，可根据配置输出可编程方波或中断信号。
• RST：复位引脚，指示VCC相对于VPF的状态，同时具备去抖功能。

五、功能详解

（一）电源控制

通过精确的温度补偿电压参考和比较器电路监测VCC电平。当VCC高于VPF时，设备可正常读写数据；当VCC低于VPF时，内部时钟寄存器被锁定，若VPF小于VBACKUP，设备电源将从VCC切换到VBACKUP，直到VCC恢复到正常水平。

（二）振荡器电路

使用外部32.768kHz晶体，无需外部电阻或电容。晶体的参数（如标称频率、串联电阻、负载电容）对时钟精度有重要影响，在设计时需选择合适的晶体。

（三）时钟精度

时钟精度取决于晶体的精度以及振荡器电路的电容负载与晶体调整电容负载的匹配程度。温度变化和外部电路噪声可能会影响时钟精度，因此在PCB布局时，应注意对晶体和振荡器进行隔离，避免噪声干扰。

（四）地址映射

RTC寄存器的地址在读取模式下为00h - 0Fh，写入模式下为80h - 8Fh。在多字节访问时，地址指针会自动循环。为避免时间和日期寄存器写入时的溢出问题，应在百分之一秒寄存器达到99（BCD）之前完成所有寄存器的写入。

（五）闹钟功能

所有设备都有一个定时/日期闹钟，通过写入寄存器88h - 8Ch来设置。闹钟可根据控制寄存器的设置，在匹配条件下激活SQW/INT或INT输出。

（六）特殊用途寄存器

包括控制寄存器、状态寄存器和涓流充电寄存器，用于控制RTC、闹钟、方波输出和涓流充电功能。

• 控制寄存器：不同型号的控制寄存器功能略有不同，但主要用于控制振荡器的启用、方波或中断输出的使能、方波频率的选择以及闹钟中断的使能等。
• 状态寄存器：包含振荡器停止标志（OSF）和闹钟标志（AF），用于指示振荡器的状态和闹钟是否触发。
• 涓流充电寄存器：控制涓流充电器的启用、二极管的选择和电阻的选择，用户可根据需要设置充电参数。

六、接口通信

（一）SPI接口（DS1390/DS1391/DS1394）

支持SPI模式1和3（DS1390/DS1391）以及SPI模式0和2（DS1394），支持单字节和多字节数据传输。数据传输通过CS、SCLK、DIN和DOUT引脚完成，地址和数据字节按MSB优先顺序传输。

（二）3 - 线接口（DS1392/DS1393）

支持单字节和多字节数据传输，数据通过CE、SCLK和I/O引脚传输，地址和数据字节按LSB优先顺序传输。

七、应用场景

DS1390 - DS1394系列适用于各种需要精确时间记录的设备，如手持设备、GPS/远程信息处理设备、嵌入式时间戳医疗设备等。其低功耗、高精度和多功能的特点，使其在这些应用中能够发挥重要作用。

八、总结

DS1390 - DS1394系列低电压SPI/3 - 线RTC芯片以其丰富的功能、高精度的时间计数和灵活的接口配置，为电子工程师在设计实时时钟系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的型号，并注意晶体的选择和PCB布局，以确保设备的性能和稳定性。你在使用这类RTC芯片时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。