探秘DS1685/DS1687 3V/5V实时时钟芯片：功能、特性与应用全解析

在电子设备的设计中，实时时钟（RTC）芯片扮演着至关重要的角色，它能为系统提供精准的时间信息，确保设备按照预定的时间逻辑运行。今天我们要深入探讨的是Maxim Integrated推出的DS1685/DS1687 3V/5V实时时钟芯片，这两款芯片不仅继承了行业标准DS1287 PC时钟的功能，还具备一系列增强特性，能满足多种应用场景的需求。

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芯片特性亮点

电源与兼容性

DS1685/DS1687支持+3V或+5V的电源电压，具有广泛的适用性。它与现有的BIOS兼容，能无缝替代原DS1287的功能，方便工程师在现有系统中进行升级。同时，芯片还拥有64位硅序列号，为设备的识别和管理提供了便利。

电源控制与唤醒功能

芯片的电源控制电路十分强大，支持系统通过日期/时间闹钟或按键闭合实现电源开启。PWR输出引脚可由这些事件触发，用于开启外部电源，并且该引脚受软件控制，任务完成后可关闭系统电源，实现智能的电源管理。

内存与时钟功能

芯片配备了242字节的电池备份非易失性RAM（NV RAM），可用于存储重要数据。其计时算法包含闰年补偿，有效期至2099年，确保了长时间的准确计时。此外，还提供32kHz输出，可用于电源管理。

晶体选择与其他特性

通过晶体选择位，RTC可使用6pF或12.5pF的晶体，增强了设计的灵活性。同时，芯片还具备SMI恢复堆栈、辅助电池输入、RAM清除输入、世纪寄存器和日期闹钟寄存器等功能。

芯片引脚与封装

引脚功能详解

DS1685/DS1687的引脚功能丰富多样，每个引脚都有其特定的作用。例如，PWR引脚用于系统电源的开关控制；X1和X2引脚用于连接32.768kHz石英晶体，为时钟提供稳定的振荡源；AD0 - AD7是复用的双向地址/数据总线，用于数据的传输和地址的选择；CS是芯片选择输入，低电平有效，用于选择访问芯片的RTC部分；ALE是地址选通输入，高电平有效，用于解复用总线等。

封装形式多样

芯片提供多种封装形式，包括PDIP、PLCC、TSSOP、SO和EDIP等，满足不同应用场景的需求。其中，DS1685为芯片形式，而DS1687是独立封装的DIP（EDIP），内置电池和晶体，方便用户使用。

工作原理与关键电路

振荡器电路

DS1685使用外部32.768kHz晶体，振荡器电路无需外部电阻或电容。晶体的参数对振荡器的启动时间和稳定性有重要影响，高ESR和过大的电容负载会导致启动时间过长。因此，在设计时应选择具有推荐特性的晶体，并注意PCB布局，以确保振荡器能在短时间内启动。

时钟精度

时钟的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。温度变化会导致晶体频率漂移，外部电路噪声耦合到振荡器电路也会影响时钟的准确性。为了减少噪声干扰，可采用合理的PCB布局，将晶体和振荡器与噪声源隔离。

电源管理

无论VCC输入电平如何，RTC功能都会继续运行，所有的RAM、时间、日历和闹钟存储位置都是非易失性的。当VCC低于有效电平，至少需要一个备用电源保持在最小和最大限制范围内。当VCC超过功率故障触发点（VPF）时，设备在tREC时间后可访问，确保系统在电源恢复后稳定运行。

时间、日历与闹钟设置

时间和日历信息可通过读取相应的寄存器字节获得，设置时需将寄存器B中的SET位写为逻辑1，以防止在访问时更新发生。数据格式可以是二进制或二进制编码十进制（BCD），所有时间、日历和闹钟寄存器必须使用相同的数据模式。闹钟设置有多种方式，可通过设置“不关心”状态来实现不同的闹钟触发条件。

控制寄存器与功能实现

控制寄存器A

控制寄存器A（0Ah）包含多个重要位。UIP位是更新进行中的状态标志，可用于监测更新传输的状态；DV2、DV1、DV0位用于控制振荡器的开关和倒计时链的复位；RS3 - RS0位用于选择15级分频器的13个抽头之一，或禁用分频器输出，可用于生成输出方波和/或周期性中断。

控制寄存器B

控制寄存器B（0Bh）的各个位也有不同的功能。SET位用于控制更新传输的开启和关闭；PIE位用于启用周期性中断；AIE位用于启用闹钟中断；UIE位用于启用更新结束中断；SQWE位用于控制方波输出的开启和关闭；DM位用于指示时间和日历信息的数据模式；24/12位用于设置小时字节的格式；DSE位用于启用夏令时调整。

其他控制寄存器

寄存器C和D是只读寄存器，用于提供状态信息。此外，还有扩展控制寄存器4A和4B，用于控制和监测芯片的扩展功能，如辅助电池、唤醒、启动和RAM清除等。

中断控制与方波输出

中断控制

DS1685/DS1687包含六种独立的自动中断源，包括闹钟中断、周期性中断、更新结束中断、唤醒中断、启动中断和RAM清除中断。应用程序可以通过设置相应的中断使能位来选择使用哪些中断。中断标志位在寄存器C或扩展寄存器4A中设置，可用于轮询模式。

方波输出

SQW引脚可通过编程输出多种频率的方波，由寄存器B中的SQWE位或扩展寄存器4B中的E32K位控制。当E32K = 1时，无论RS3 - 0和SQWE的设置如何，都会输出32.768kHz的方波。方波输出可用于时钟外部电源管理电路。

扩展功能与应用场景

扩展功能

芯片通过软件控制的银行切换方案实现了一系列扩展功能，包括64位硅序列号、世纪计数器、日期闹钟、辅助电池控制、唤醒、启动、RAM清除控制和128字节扩展RAM访问等。这些功能为系统的设计提供了更多的灵活性和扩展性。

应用场景

DS1685/DS1687适用于多种应用场景，如嵌入式系统、公用事业仪表、安全系统、网络集线器、网桥和路由器等。在这些应用中，芯片的高精度计时、电源管理和数据存储功能能确保系统的稳定运行。

电气特性与注意事项

电气特性

芯片的电气特性包括绝对最大额定值、推荐的直流工作条件、直流电气特性、RTC交流时序特性和电容等。在设计时，必须确保芯片的工作条件在这些参数范围内，以保证芯片的正常运行和可靠性。

注意事项

在使用芯片时，需要注意一些事项。例如，在电池备份模式下，不允许出现任何幅度的负下冲；在焊接时，要注意温度限制，特别是EDIP封装的芯片；在选择晶体时，要参考相关的应用笔记，确保晶体的参数符合要求。

DS1685/DS1687 3V/5V实时时钟芯片以其丰富的功能、灵活的设计和可靠的性能，为电子工程师在实时时钟设计方面提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师们需要根据具体的需求，合理利用芯片的各种特性，确保系统的稳定运行和精准计时。你在使用类似实时时钟芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。