Intersil专家深度剖析RTC,晶体,温补3合1实时时钟芯片

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ISL12022M是英特矽尔半导体公司设计和生产的一款内置了晶体和温补的3合1实时时钟芯片(RTC,温补,晶体),该实时时钟的功能包括了晶体补偿,时间/年历,系统电压和电池电压的监控,失电状态指示,单次或周期性报警,备份电池智能切换以及片上128字节的SRAM。 ISL12022M的封装是20管脚的SOIC封装,其片内晶体温漂在整个工业级全温范围内(-40度 - +85度)控制在5ppm以内。

在一些要求高精度时钟输出的应用场合,如电子式电表,视频监控,金融设备,仪器仪表等,这种集成了晶体和温补的实时时钟能有效的保证时钟的精度。
 
基本特性
 
ISL12022M内部有单独的的寄存器, 可以分别记录时分秒,日期可以追溯到2099年,并且能自动识别闰年。内置的32.768kHZ石英晶体是经过了老化帅选后再行封装的,时钟内部还集成了温度传感器,可以读出温度。温度补偿的特点就是利用读到的温度,对片内晶体随温度而发生的漂移进行有针对性补偿,从而使输出的时钟精度达到+/-5PPM的设计要求。ISL12022M的供电有Vdd(板基系统电源)和Vbat(备份电池电源)两组供电,当然也可以只有其中的一路供电。该芯片分别可以对Vdd和Vbat的供电电压进行监控并可以预设报警阀值,另外在Vdd和Vba的交互切换过程中,寄存器都可以记录下最后一次切换的时间戳,所有的设置和通讯均可通过I2C接口进行操作。
                             典型应用电路
 
 
排版建议
 
1.     大面积的铺地排版设计会提高ESD的电压等级。当放电枪在放电时,其产生的干扰能量会遍布在芯片的周围,如果有大面积的铺地设计,那么这些干扰的能量就能及时对地流出从而保证时钟芯片自身的正常工作不受影响。
2.     管脚1, 2, 3,18,19和20需要被包围在整片接地片里,接地片要延伸到管脚6和15,而管脚4,5,16和17则悬空不接。
3.     接地的走向是要从外面包围住管脚1到6, 15到20。
4.     I2C的走向要远离接地端
5.     秒脉冲的输出走线也要远离这些接地的管脚
 
 
电源供应
 
ISL12022M有两个电源输入端,一个Vdd,可以接系统电源,其供电范围是2.7V-5.5V。另一个是Vbat,可以接锂电池,其供电范围是1.8V-5.5V。在两者同时正常供电时,时钟芯片选取Vdd作为供电端。
1.     ISL12022M可以由正常供电模式(Vdd)转成由Vbat供电的备份电池模式,但是必须同时满足下面的两个条件:
 
条件一:
VDD< VBAT – VBATHYS                            
其中 VBATHYS ≈ 50mV
条件二:
VDD< VTRIP,其中 VTRIP≈ 2.2V 
 
此外,值得一提的是在Vdd转成Vbat时,
Vdd下电的速度应该小于10V/mS,否则
Vbat有可能尚未供电而SRAM的数据已丢了。
                                   
 
2.     ISL12022M也可以从备用电池模式(VBAT)切换至正常模式(VDD)
在以下条件之一发生时,ISL12022M-R将从 VBAT 模式切换至Vdd模式:
条件一:
VDD> VBAT + VBATHYS
其中 VBATHYS ≈ 50mV
条件二:
VDD> VTRIP+ VTRIPHYS
其中 VTRIPHYS≈ 30mV
 
 
 
无论是从Vdd切换到Vbat, 还是从Vbat切换到Vdd,该芯片都会记录下最后一次切换的时间,该时间通常被称为时间戳,分别存储在 tSV2B 和 tSB2V 寄存器中。该功能可以被用来分析系统供电状况。
 
供电电压检测
 
ISL12022M可以对系统供电的Vdd端进行监控,当其电压低于85%额定电压时,有6个不同的报警阀值点可以设定。在检测到某个掉电阀值时,状态寄存器中的 LVDD 位将被设为“1”。请注意,此时I2C 串行总线仍然有效,但是如果达到电池 VTRIP 等级,则I2C失效。
 
ISL12022M可以对备用电池电量进行监视,当备用电池电量下降到额定 VBAT 等级的 85%到75% 之间时,状态寄存器中的 LBAT85 位被置位。当等级降至低于 75% 时,状态寄存器中的 LBAT85和 LBAT75 位被置位。注意备用电池电量检测只在Vdd工作时有效。
 
I2C总线只在Vdd正常供电时才能通讯,在备份电池供电时(Vbat模式)是不工作的。有些设计如电子式电表为了能让实时时钟在无Vdd的情况下也能和MCU通讯以读取所需的信息,可以将锂电池通过一个二极管和Vdd管脚相连接,该二极管和退耦电容尽可能靠近Vdd管脚,而Vbat管脚则可以接地。
 
软件配置
 
ISL12022M总体来说是很容易进行配置的,在初次上电时,需要对其进行日期时间的设置,并且启动温度补偿,也即将寄存器TSE位置“1”即可,其余均按缺省配置就可。
 
当然在实际的产品设计比如电表等,也可以在软件里做一些冗余设计来备份一些重要数据。 ISL12022M在初次上电时,会将芯片中不对用户开放的EEPROM中的一些数据调用到芯片的控制寄存器的RAM中,软件备份的原理就是要读出EEPROM的数据备份在MCU内,然后在设定的时间内和控制寄存器的RAM数据进行比较,如果不一致则将MCU内的数据重新写到控制寄存器的RAM中。这样操作可以有效保证RTC在出厂测试的数据(存放在EEPROM内,每个芯片的数据都不同)毫无差错地装载到控制寄存器的RAM中。加上这些软件的冗余设计,整个实时时钟的设计就会变得相当的完善了。
 
 
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