DS3231: высокоточная микросхема RTC
DS3231 это недорогая микросхема часов реального времени (real-time clock, RTC) с интерфейсом I2C (который иногда называют двухпроводным интерфейсом, Two-Wite Intertface, TWI). Для микросхемы не нужен внешний кварцевый резонатор, и несмотря на это она имеет очень высокую точность входа часов благодаря встроенному терм компенсированному кварцевому генератору (TCXO). У микросхемы есть вход для подключения батарейки, и благодаря питанию от батареи поддерживается точный отсчет времени даже когда питание системы отключается. Интеграция кварцевого резонатора в корпус микросхемы не только улучшает долговременную стабильность точности хода часов, но и удешевляет производство конечных устройств. Микросхема DS3231 доступна в коммерческом и индустриальном вариантах исполнения (они определяют допустимый рабочий диапазон температур), и предоставляется в 16-выводном корпусе SO с шириной 300 mil.
Микросхема RTC DS3231 отсчитывает секунды, минуты, часы, день недели, даты месяца, месяцы, годы. Дата по окончании месяца автоматически подстраивается для месяцев, у которых дней меньше 31, включая учет февраля и коррекцию дней для високосного года (до 2100 года). Часы работают либо в 24-часовом, либо в 12-часовом формате с индикатором ~AM/PM. Предоставляется два программируемых по времени дня будильника, и программируемый выход прямоугольного сигнала. Адрес и данные передаются последовательно через двунаправленную шину I2C (TWI).
Прецизионный, компенсированный по температуре источник опорного напряжения мониторит состояние линии питания VCC на предмет обнаружения события отказа (отключения) питания VCC. Это событие используется генерации сигнала на выходе сброса и автоматического переключения на резервный источник питания (линия питания от батареи VBAT), когда это необходимо. Дополнительно опрашивается вход ~RST как вход подключения кнопки сброса, которая сбрасывает микроконтроллер системы.
Основные возможности микросхемы DS3231:
- Очень точная система RTC, которая полностью обслуживают все функции отсчета времени.
- Точность ±2 ppm в диапазоне 0°..+40°C.
- Точность ±3.5 ppm в диапазоне -40°..+85°C.
- Выход цифрового датчика температуры с точностью ±3°C.
- Регистр учета старения (Aging Trim).
- Система входа/выхода для генерации сброса микроконтроллера с подавлением дребезга (RST Output/Pushbutton Reset Debounce Input).
- Два программируемых по времени дня будильника (Time-of-Day Alarm).
- Programmable Square-Wave Output Signal.
- Простой последовательный интерфейс I2C, позволяющий подключить микросхему к любому микроконтроллеру. Скорость работы интерфейса до 400 кГц.
- Вход резервного питания для подключения батареи с очень низким потреблением энергии.
- Работа от уровня напряжения 3.3V.
- Рабочие диапазоны температуры 0°..+70°C для коммерческого и -40°..+85°C для индустриального исполнения.
- Проверено компанией Underwriters Laboratories® (UL).
- Основные приложения для применения: серверы, телеметрия, счетчики электроэнергии, GPS.
Параметры применения и диаграммы сигналов
Предельно допустимые параметры применения
| Напряжение на любом выводе относительно общего провода (GND) | -0.3..+6.0V |
| Тепловое сопротивление между кристаллом и окружающим воздухом (Junction-to-Ambient Thermal Resistance, θJA)(1) | 73°C/W |
| Тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом микросхемы (Junction-to-Case Thermal Resistance, θJC)(1) | 23°C/W |
| Рабочий температурный диапазон для DS3231S (коммерческое исполнение) | 0..+70°C |
| Рабочий температурный диапазон для DS3231SN (индустриальное исполнение) | -40..+85°C |
| Температура кристалла (Junction Temperature) | +125°C |
| Диапазон температур хранения | -40..+85°C |
| Температура выводов (при пайке в течение 10 сек) | +260°C |
| Температура пайки (на основе термопрофиля, максимум дважды) | +260°C |
Примечание (1): параметры термосопротивления были получены с использованием метода, описанного в спецификации JEDEC JESD51-7 на 4-слойной плате. Для получения подробной информации по условиям эксплуатации, связанным с корпусом микросхемы, см. страничку www.maximintegrated.com/thermal-tutorial.
Стресс, выходящий за пределы этих указанных значений могут привести к необратимому повреждению микросхемы. Эти стрессовые параметры указаны только для рейтинга, и не подразумевается работа микросхемы при действии указанных значений параметров или значений, превышающих эти параметры. Если микросхема находится под действием этих максимальных значений длительное время, то это может ухудшить её надежность.
Рекомендуемые параметры применения
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: спад напряжения на выводе ниже -0.3V относительно земли, когда микросхема находится в режиме резервного питания от батареи (battery-backed mode), может привести к потере данных.
Параметры в таблице ниже указаны для температуры окружающего воздуха TA между TMIN и TMAX, если не указано нечто иное (2, 3).
| Параметр | Символ | MIN | TYP | MAX | Ед. |
| Напряжение питания | VCC | 2.3 | 3.3 | 5.5 | V |
| VBAT | 2.3 | 3.0 | 5.5 | V | |
| Лог. 1 для входов SDA, SCL | VIH | 0.7 * VCC | VCC + 0.3 | V | |
| Лог. 0 для входов SDA, SCL | VIL | -0.3 | 0.3 * VCC | V |
Электрические характеристики
Параметры в таблице ниже указаны для условий VCC=2.3-5.5V при питании от VCC (см. таблицу 1), TA в диапазоне TMIN..TMAX, если не указано нечто иное. Типичные значения: VCC=3.3V, VBAT = 3.0V и TA = +25°C, если не указано нечто иное. См. примечания 2, 3 в конце врезки.
| Параметр | Символ | Условия | MIN | TYP | MAX | Ед. | |
| Потребляемый ток в активном режиме (Active) | ICCA | (примечания 4, 5) | VCC=3.63V | 200 | μA | ||
| VCC=5.5V | 300 | μA | |||||
| Потребляемый ток в режиме приостановки (Standby) | ICCS | Шина I2C не активна, выход 32kHz включен, выход SQW выключен (примечание 5) | VCC=3.63V | 200 | μA | ||
| VCC=5.5V | 300 | μA | |||||
| Ток процесса оцифровки температуры (Temperature Conversation) | ICCSCONV | Шина I2C не активна, выход 32kHz включен, выход SQW выключен | VCC=3.63V | 575 | μA | ||
| VCC=5.5V | 650 | μA | |||||
| Порог допустимого напряжения питания (Power-Fail Voltage) | VPF | 2.45 | 2.575 | 2.70 | V | ||
| Лог. 0 выходов 32kHz, ~INT/SQW, SDA | VOL | IOL = 3 mA | 0.4 | V | |||
| Лог. 0 выхода ~RST | VOL | IOL = 1 mA | 0.4 | V | |||
| Ток утечки выходов 32kHz, ~INT/SQW, SDA | ILO | Выход в состоянии высокого сопротивления (отключен) | -1 | 0 | +1 | μA | |
| Ток утечки входа SCL | ILI | -1 | +1 | μA | |||
| Ток утечки I/O вывода ~RST | IOL | ~RST находится в состоянии высокого сопротивления (примечание 6) | -200 | +10 | μA | ||
| Ток утечки VBAT (микросхема питается от основного источника, VCC Active) | IBATLKG | 25 | 100 | nA | |||
| Выходная частота | fOUT | VCC = 3.3V или VBAT = 3.3V | 32.768 | кГц | |||
| Стабильность частоты в зависимости от температуры (исполнение Commercial) | Δf/fOUT | VCC = 3.3V или VBAT = 3.3V, aging offset = 00h | 0..+40°C | ±2 | ppm | ||
| +40..+70°C | ±3.5 | ppm | |||||
| Стабильность частоты в зависимости от температуры (исполнение Industrial) | Δf/fOUT | VCC = 3.3V или VBAT = 3.3V, aging offset = 00h | -40..0°C | ±3.5 | ppm | ||
| 0..+40°C | ±3.5 | ppm | |||||
| 40..+85°C | ±3.5 | ppm | |||||
| Стабильность частоты в зависимости от напряжения | Δf/V | 1 | ppm/V | ||||
| Чувствительность к регулировке частоты регистром подстройки по весу младшего разряда | Δf/LSB | Для температуры: | -40°C | 0.7 | ppm | ||
| +25°C | 0.1 | ppm | |||||
| +70°C | 0.4 | ppm | |||||
| +85°C | 0.8 | ppm | |||||
| Точность измерения температуры | Temp | VCC = 3.3V или VBAT = 3.3V | -3 | +3 | °C | ||
| Уход частоты при старении кристалла (Crystal Aging) | Δf/fO | После пайки в печи, не было тестирования | Первый год | ±1.0 | ppm | ||
| 0..10 лет | ±5.0 | ppm |
Параметры в таблице ниже показывают ток потребления от батареи, и они указаны для условий VCC = 0V, VBAT = 2.3V to 5.5V, TA = TMIN..TMAX, если не указано нечто иное (примечание 2).
| Параметр | Символ | Условия | MIN | TYP | MAX | Ед. | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Потребляемый ток от батареи в активном режиме (Active) | IBATA | ~EOSC=0, BBSQW=0, SCL = 400 кГц (примечание 5) | VCC=3.63V | 70 | μA | ||
| VCC=5.5V | 150 | μA | |||||
| Потребляемый ток от батареи в режиме поддержки отсчета времени (Timekeeping) | IBATT | ~EOSC=0, BBSQW=0, EN32kHz=1, SCL=SDA=0V или SCL=SDA=VBAT (примечание 5) | VCC=3.63V | 0.84 | 3.0 | μA | |
| VCC=5.5V | 1.0 | 3.5 | μA | ||||
| Ток процесса оцифровки температуры (Temperature Conversation) | IBATTC | ~EOSC=0, BBSQW=0, SCL=SDA=0V или SCL=SDA=VBAT | VCC=3.63V | 575 | μA | ||
| VCC=5.5V | 650 | μA | |||||
| Ток удержания состояния данных (Data-Retention Current) | IBATTDR | ~EOSC=1, SCL=SDA=0V, +25°C | 100 | nA |
Параметры переменного тока
Параметры в таблице ниже дают интервалы времени микросхемы, и они указаны для условий VCC = VCC(MIN) .. VCC(MAX) или VBAT = VBAT(MIN) .. VBAT(MAX), VBAT > VCC, TA = TMIN .. TMAX, если не указано нечто иное (примечание 2).
| Параметр | Символ | Условия | MIN | TYP | MAX | Ед. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Частота SCL | fSCL | Fast mode | 100 | 400 | кГц | |
| Standard mode | 0 | 100 | кГц | |||
| Время свободного состояния шины между событиями STOP и START | tBUF | Fast mode | 1.3 | мкс | ||
| Standard mode | 4.7 | мкс | ||||
| Время удержания (Hold Time, с повторениями) для события START(7) | tHD:STA | Fast mode | 0.6 | мкс | ||
| Standard mode | 4.0 | мкс | ||||
| Время лог. 0 сигнала SCL | tLOW | Fast mode | 1.3 | мкс | ||
| Standard mode | 4.7 | мкс | ||||
| Время лог. 1 сигнала SCL | tHIGH | Fast mode | 0.6 | мкс | ||
| Standard mode | 4.0 | мкс | ||||
| Время удержания данных (Data Hold Time)(8, 9) | tHD:DAT | Fast mode | 0 | 0.9 | мкс | |
| Standard mode | 0 | 0.9 | мкс | |||
| Время установки данных (Data Setup Time)(10) | tSU:DAT | Fast mode | 100 | нс | ||
| Standard mode | 250 | нс | ||||
| Время установки START (START Setup Time) | tSU:STA | Fast mode | 0.6 | мкс | ||
| Standard mode | 4.7 | мкс | ||||
| Время нарастания уровня для обоих сигналов SDA и SCL | tR | Fast mode | 20+0.1CB | 300 | нс | |
| Standard mode | 20+0.1CB | 1000 | нс | |||
| Время спада уровня для обоих сигналов SDA и SCL | tF | Fast mode | 20+0.1CB | 300 | нс | |
| Standard mode | 20+0.1CB | 1000 | нс | |||
| Время установки для STOP (Setup Time STOP Condition) | tSU:STO | Fast mode | 0.6 | мкс | ||
| Standard mode | 4.7 | мкс | ||||
| Емкостная нагрузка для каждой сигнальной линии | CB | (примечание 11) | 400 | pF | ||
| Емкость для SDA, SCL | CI/O | 10 | pF | |||
| Ширина импульсов выбросов помех, которые должны быть подавлены входным фильтром | tSP | 30 | нс | |||
| Подавление дребезга контактов кнопки на выводе ~RST (Pushbutton Debounce) | PBDB | 250 | мс | |||
| Активное время сброса (Reset Active Time) | tRST | 250 | мс | |||
| Задержка флага остановки генератора (Oscillator Stop Flag, OSF) | tOSF | (примечание 12) | 100 | мс | ||
| Время оцифровки температуры (Temperature Conversion Time) | tCONV | 125 | 200 | мс |
Характеристики переключения питания
Параметры в таблице ниже указаны для TA = TMIN .. TMAX
| Параметр | Символ | Условия | MIN | TYP | MAX | Ед. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Время спада VCC; от VPF(MAX) до VPF(MIN) | tVCCF | 300 | мкс | |||
| Время нарастания VCC; от VPF(MIN) до VPF(MAX) | tVCCR | 0 | мкс | |||
| Время восстановления после подачи питания | tREC | (примечание13) | 250 | 300 | мс |
Примечание
При работе с управляющими регистрами обращайте внимание на маркировку схемы DS3231/DS3231M. В DS3231M нет битов RS2, RS1
