本應(yīng)用筆記概述了精密I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）的工作特性，包括DS3231、DS3231M和DS3232。本文重點(diǎn)介紹一般應(yīng)用指南，便于將器件資源用于電源管理、I2C通信電路配置以及與器件上電序列和初始化相關(guān)的I2C特性。本文還對(duì)去耦進(jìn)行了其他討論，以支持制定緩解器件頻率電源推力的策略。

介紹

多年來，I2C通信已成為客戶關(guān)于精確實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）的問題中反復(fù)出現(xiàn)的主題。這包括電路設(shè)置和操作等基本主題，以及管理與I2C端口上所有器件的通信。在許多情況下，在實(shí)施電路和固件設(shè)計(jì)之前，需要做出幾個(gè)關(guān)鍵決策。本應(yīng)用筆記提供了精確RTC特性的基本操作概述，因此硬件/固件工程師可以決定如何有效地管理精確的RTC資源。

I2C端口在精確RTC中的關(guān)鍵工作特性

Maxim的精確RTC具有雙電源。如圖1所示，根據(jù)應(yīng)用和所需的使用條件，可以實(shí)現(xiàn)三種電源配置。這些電源的目的是在主電源和備用電源（如電池或超級(jí)電容器）之間提供可管理的低電流電源切換。

圖1.電源配置。

圖1.電源配置。

與許多采用雙電源架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)RTC不同，Maxim的RTC使I2C端口通信成為可能，無論哪種電源為器件供電。這意味著當(dāng)由主電源供電或設(shè)備通過 V 供電時(shí)，用戶可以與設(shè)備通信.BAT（或二級(jí)供電終端）。大多數(shù)雙電源模式僅允許在器件通過主電源或 V 供電時(shí)與器件通信抄送.

此功能可能會(huì)使設(shè)計(jì)復(fù)雜化。實(shí)現(xiàn)無論使用何種電源都能通信的電路，需要仔細(xì)考慮如何設(shè)置I2C端口。在沒有電源的情況下，I2C端口需要通電且可用。SDA和SCL不應(yīng)因缺乏供應(yīng)而被拉到地;否則無法進(jìn)行通信。

使用兩個(gè)電源時(shí)的一般方法是使用ORing二極管在電源之間切換。圖2說明了所描述的技術(shù)。這種方法的重要性在于確保當(dāng)一個(gè)電源不可用或可能處于地電位時(shí)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾娫锤綦x。

圖2.雙電源I2C設(shè)置。

圖3提供了單電源工作模式的示例，這些工作模式易于針對(duì)I2C通信進(jìn)行配置。上拉電阻簡單地連接到電源，在與RTC通信期間將使用。

圖3.單電源I2C設(shè)置。

電源相關(guān)器件初始化

精確的RTC將啟動(dòng)某些動(dòng)作，這些動(dòng)作取決于在初始電源施加期間連接兩個(gè)電源中的哪一個(gè)。在使用電池（連接到 V.BAT），通常電池電壓將是 RTC 將看到的第一個(gè)電壓。為了節(jié)省電池電量，RTC具有“新鮮度密封”模式。此模式可防止內(nèi)部電路在完全運(yùn)行開始之前通電。如果滿足兩個(gè)條件之一，則釋放此模式。首先，當(dāng)對(duì)V施加有效電壓時(shí)，RTC將退出“新鮮度密封”模式抄送終端。如果設(shè)備在從有效的V操作時(shí)收到有效的I2C地址，則會(huì)出現(xiàn)退出“新鮮度密封”的第二個(gè)條件.BAT電源電壓。

一旦滿足任一條件，精確的RTC振蕩器將啟動(dòng)。典型的振蕩器啟動(dòng)時(shí)間小于1秒。有效 V 后約 2 秒抄送或有效的I2C地址，RTC將進(jìn)行溫度測(cè)量，并將計(jì)算出的校正應(yīng)用于振蕩器。此時(shí)，只要有有效的電源可用，RTC 將繼續(xù)運(yùn)行并調(diào)整頻率輸出（V抄送或 V.BAT).溫度測(cè)量將定期進(jìn)行（由器件類型指定），并根據(jù)振蕩器時(shí)基進(jìn)行計(jì)算校正：數(shù)字（DS3231M、DS3232M）或模擬（容性負(fù)載：DS3231S、DS3232、DS3234、DS32kHz）。

在第一次上電時(shí)（啟動(dòng)內(nèi)部上電復(fù)位 （POR） 序列時(shí)），時(shí)間和日期寄存器設(shè)置為 01/01/00 01 00：00：00 [DD/MM/YY DOW HH：MM：SS]（其中 DD = 天，MM = 月，YY = 年，DOW = 星期幾，HH = 小時(shí)，MM = 分鐘，SS = 秒）。

與I2C的通信應(yīng)至少在建立有效電源后的前2秒內(nèi)保持關(guān)閉。在電源建立后的前2秒內(nèi)，精確的RTC啟動(dòng)其振蕩器，調(diào)用校準(zhǔn)代碼，啟動(dòng)溫度傳感器讀取，并應(yīng)用頻率校正。

在上電期間嘗試讀取器件可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)時(shí)精度不確定的結(jié)果，或者可能會(huì)損壞校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中的召回。對(duì)于基于晶體的RTC，召回事件中的損壞可能導(dǎo)致需要啟動(dòng)另一個(gè)溫度轉(zhuǎn)換/頻率校正。

與I2C通信有關(guān)的大多數(shù)應(yīng)用問題都與I2C端動(dòng)在接通電源的前2秒內(nèi)暫存有關(guān)，或者設(shè)備在由V供電時(shí)收到有效的I2C地址.BAT.圖4顯示了使用精確RTC安全開始通信的首選時(shí)序圖。一旦達(dá)到“器件工作”區(qū)域，I2C通信就可以安全地開始，而不會(huì)中斷POR初始化序列。

圖4.上電時(shí)序圖。

在單電源操作中管理電源

三種電源配置模式在“精確RTC中I2C端口的關(guān)鍵工作特性”一節(jié)中簡要介紹。雖然精確的RTC設(shè)計(jì)獨(dú)特，用于管理雙電源工作模式，但一些用戶希望在RTC外部創(chuàng)建自定義雙電源工作模式。他們選擇在單電源配置下操作RTC，要么向V供電抄送端子或 V.BAT終端。

在設(shè)計(jì)電源的定制外部開關(guān)時(shí)，請(qǐng)仔細(xì)考慮I2C通信、電源去耦，當(dāng)使用電池作為電源時(shí)，應(yīng)考慮與功耗相關(guān)的去耦要求。直接在精確的RTC上了解噪聲、接地反彈和切換時(shí)間等開關(guān)特性非常重要。在單電源模式下，請(qǐng)注意器件電源初始化順序、頻率更新速率和工作特性。每個(gè)器件的操作性能可能略有不同，具體取決于它是否由 V 供電抄送或 V.BAT終端。基于微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEM）的RTC將具有不同的頻率調(diào)整速率，具體取決于它們是否由V供電抄送（1s） 或 v.BAT（10秒）。

數(shù)據(jù)手冊(cè)中關(guān)于 V 上電容去耦的建議抄送分別為 0.1μF 和 1.0μF。這些電容器應(yīng)盡可能靠近器件放置。在用戶打算通過使用二極管切換電源或?qū)㈦娮枧c電源端子串聯(lián)的配置中，仍建議去耦盡可能靠近器件的電源端子。無論 V 是否抄送或 V.BAT端子用作主電源。圖5顯示了串聯(lián)電阻下的位置。

圖5.單個(gè)電源的去耦。

圖5所示的配置常見于客戶遇到頻率精度問題的應(yīng)用中。遇到頻率問題的客戶將去耦電容放在B點(diǎn)，不建議在此時(shí)去耦。為了獲得最佳性能，建議將點(diǎn) A 用作解耦點(diǎn)。這有助于減輕由于基本器件工作特性導(dǎo)致的電流波動(dòng)而導(dǎo)致的潛在電源推動(dòng)。一般設(shè)計(jì)規(guī)則是去耦電容位置內(nèi)沒有精確RTC以外的任何元件。A點(diǎn)的去耦為降噪和提高精確RTC的頻率穩(wěn)定性/精度性能提供了最佳選擇。

管理雙電源操作中的電源

使用電池（在 V 上）實(shí)現(xiàn)雙電源操作.BAT）來維持時(shí)鐘寄存器和/或非易失性器件存儲(chǔ)器可以從兩種基本設(shè)計(jì)方法中受益。一、初級(jí)電源的去耦，V抄送，應(yīng)遵循上一節(jié)在單電源操作中管理電源中提出的建議。其次，如果 V.BAT電源是真正的電池，并不總是需要或推薦去耦電容器。由于放置在電池兩端的去耦電容會(huì)增加漏電流，因此為了實(shí)現(xiàn)最小的電流消耗，不應(yīng)使用去耦電容。如果器件在 V 下運(yùn)行時(shí)不打算與精確的 RTC 通信，這一點(diǎn)就更加重要.BAT供應(yīng)。

圖6.管理雙電源。

結(jié)論

Maxim的精確RTC產(chǎn)品系列在精度至關(guān)重要的應(yīng)用中提供極佳的計(jì)時(shí)精度。了解特定器件如何從三種電源配置中的每一種工作將有助于確定哪種電源配置最適合特定應(yīng)用。電源的去耦對(duì)于器件性能始終很重要，遵循概述的準(zhǔn)則將提供最佳結(jié)果。

始終查看電路實(shí)現(xiàn)方案，以了解精確RTC下的噪聲、接地反彈和切換時(shí)間等開關(guān)特性，以最大限度地降低這些開關(guān)特性。在單電源模式下，請(qǐng)注意器件電源初始化順序、頻率更新速率和工作特性。對(duì)于所有上電模式，請(qǐng)注意在啟動(dòng)I2C通信之前需要2秒的延遲。

審核編輯：郭婷