探索DS1312：非易失性控制器与锂电池监测的完美结合

在电子设备的设计中，数据的存储和保护至关重要。尤其是在面临电源故障或电池电量不足等情况时，如何确保数据的完整性和设备的正常运行，是每一位电子工程师都需要考虑的问题。今天，我们就来深入了解一款能够解决这些问题的优秀产品——Maxim的DS1312非易失性控制器。

文件下载：DS1312.pdf

一、DS1312的特性亮点

1. 非易失性存储转换

DS1312能够将CMOS SRAM转换为非易失性存储器。当 (V{CC}) 超出容差范围时，它会无条件地对SRAM进行写保护，防止数据丢失。同时，在 (V{CC}) 电源故障发生时，它会自动切换到电池备份电源，为SRAM提供不间断的电力支持。

2. 锂电池监测

该控制器具备锂电池电压监测功能，能够提前预警电池即将失效的情况。当电池电压低于预设的阈值时，它会通过低电平有效的电池警告输出信号（(overline{BW})）发出提醒，提示用户及时更换电池。

3. 电源故障检测

提供可选的5%或10%的电源故障检测功能。通过TOL引脚的连接方式，可以灵活调整电源故障检测的范围，以适应不同的应用需求。

4. 多种封装形式

DS1312提供了多种封装形式，包括8引脚的DIP和SOIC封装，以及16引脚的SOIC和20引脚的TSSOP版本。其中，16引脚SOIC和20引脚TSSOP版本在电源故障发生时能够复位处理器，并在系统上电期间保持处理器处于复位状态。

5. 宽温度范围

支持工业级温度范围（-40°C至 +85°C），适用于各种恶劣的工作环境。

二、引脚分配与描述

DS1312的引脚分配根据不同的封装形式有所不同，但主要引脚的功能基本一致。以下是主要引脚的描述：	引脚名称	功能描述
(V_{CCI})	+5V电源输入
(V_{CCO})	SRAM电源输出
(V_{BAT})	备份电池输入
(CEI)	芯片使能输入
(CEO)	芯片使能输出
(TOL)	(V_{CC}) 容差选择
(BW)	电池警告输出（开漏）
(RST)	复位输出（开漏）
(GND)	接地
(NC)	未连接

三、工作原理与功能实现

1. 内存备份

DS1312通过一个开关来选择电源，当 (V{CCI}) 低于开关点 (V{sw}) 且 (V{CCI}) 低于电池电压 (V{BAT}) 时，电池会被切换接入，为SRAM提供备份电源。该开关的电压降小于0.2V。同时，它会持续监测 (V_{CCI})，当电源超出容差范围时，会通过精确的比较器检测到电源故障，并抑制芯片使能输出（(overline{CEO})），从而对SRAM进行写保护。

2. 电池电压监测

DS1312会按照工厂预设的24小时时间间隔自动进行电池电压监测。监测在 (V{CCI}) 上升到 (V{CCTP}) 以上的 (t{REC}) 时间内开始，在电源故障发生时暂停。每次24小时周期（(t{BTCN})）结束后，它会将 (V{BAT}) 连接到内部的1.2 MΩ测试电阻（(R{INT})）上一秒（(t{BTPW})）。如果在这一秒内 (V{BAT}) 低于工厂预设的电池电压触发点（(V_{BTP})），电池警告输出 (overline{BW}) 会被置位。

3. 电源监测

DS1312S和DS1312E版本具有额外的复位引脚（(RST)）。当 (V{CCI}) 低于由TOL引脚定义的触发点电平（(V{CCTP})）时，(V{CCI}) 比较器会激活复位信号 (RST)。复位发生的范围根据TOL引脚的连接方式而定，当TOL引脚连接到GND时，范围为4.75至4.5V（5%容差）；当TOL引脚连接到 (V{CCO}) 时，范围为4.5至4.25V（10%容差）。

4. 新鲜密封模式

当电池首次连接到DS1312且未施加 (V{CC}) 电源时，设备不会立即在 (V{CCO}) 上提供电池备份电源。只有在 (V{CCI}) 超过 (V{CCTP}) 后，DS1312才会离开新鲜密封模式。这种模式允许在制造过程中连接电池，但直到系统首次激活后才使用，从而避免了电池在存储和运输过程中的能量消耗。

四、电气特性与参数

1. 绝对最大额定值

• 任何引脚相对于地的电压范围：-0.5V至 +6.0V
• 工作温度范围：-40°C至 +85°C
• 存储温度范围：-55°C至 +125°C
• 焊接温度（回流焊，SO或TSSOP）：+260°C
• 引脚温度（焊接，10s）：+300°C

2. 推荐工作条件

在 -40°C至 +85°C的温度范围内，不同参数的推荐工作条件如下：	参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	备注
电源电压（TOL = GND）	(V_{CCI})	4.75	5.0	5.5	V
电源电压（TOL = (V_{CCO})）	(V_{CCI})	4.5	5.0	5.5	V
电池电源电压	(V_{BAT})	2.0	6.0	V
逻辑1输入	(V_{IH})	2.0	(V_{CCI}) + 0.3	V
逻辑0输入	(V_{IL})	-0.3	+0.8	V

3. 直流电气特性

在 -40°C至 +85°C的温度范围内，不同参数的直流电气特性如下：	参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	备注
工作电流（TTL输入）	(I_{CC1})	200	400	µA
工作电流（CMOS输入）	(I_{CC2})	50	100	µA
RAM电源电流（(V{CCO}) ≥ (V{CCI}) - 0.2V）	(I_{CCO1})		140	mA
RAM电源电流（(V{CCO}) ≥ (V{CCI}) - 0.3V）	(I_{CCO1})		200	mA
(V_{CC}) 触发点（TOL = GND）	(V_{CCTP})	4.50	4.62	4.75	V
(V{CC}) 触发点（TOL = (V{CCO})）	(V_{CCTP})	4.25	4.37	4.50	V
(V_{BAT}) 触发点	(V_{BTP})	2.5	2.6	2.7	V
(V{CC}) / (V{BAT}) 开关点	(V_{SW})	2.6	2.7	2.8	V
输出电流 @ 2.4V	(I_{OH})	-1		mA
输出电流 @ 0.4V	(I_{OL})			4	mA
输入泄漏电流	(I_{IL})	-1.0		+1.0	µA
输出泄漏电流	(I_{LO})	-1.0		+1.0	µA
电池监测测试负载	(R_{INT})	0.8	1.2	1.5	MΩ

4. 交流电气特性

在 -40°C至 +85°C的温度范围内，不同参数的交流电气特性如下：	参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	备注
(CEI) 到 (CEO) 传播延迟	(t_{PD})		5	10	ns
(CE) 脉冲宽度	(t_{CE})			1.5	µs
(V_{CC}) 有效到写保护结束	(t_{REC})		12	125	ms
(V_{CC}) 有效到 (CEI) 无效	(t_{PU})			2	ms
(V_{CC}) 有效到 (RST) 无效	(t_{RPU})	150	200	350	ms
(V_{CC}) 有效到 (overline{BW}) 有效	(t_{BPU})			1	s
(V_{CC}) 下降速率	(t_{F})	150			µs
(V_{CC}) 故障检测到 (RST) 激活	(t_{RPD})		5	15	µs
(V_{CC}) 上升速率	(t_{R})	150			µs
电池测试到 (overline{BW}) 激活	(t_{BW})			1	s
电池测试周期 - 正常	(t_{BTCN})		24		hr
电池测试周期 - 警告	(t_{BTCW})		5		s
电池测试脉冲宽度	(t_{BTPW})			1	s
电池拆卸到电池安装	(t_{BDBA})	7			s
电池安装到 (overline{BW}) 无效	(t_{BABW})			1	s

五、时序图分析

文档中提供了多个时序图，包括上电、掉电、电池警告检测和电池更换等情况。这些时序图清晰地展示了DS1312在不同工作状态下各个引脚的信号变化，对于工程师理解和设计电路具有重要的参考价值。例如，在上电时序图中，我们可以看到 (V{CCI})、(V{CCO})、(CEO)、(RST) 和 (overline{BW}) 等引脚的信号随时间的变化情况，从而更好地掌握设备的启动过程。

六、订购信息与封装信息

1. 订购信息

型号	温度范围	引脚 - 封装
DS1312+	-40°C至 +85°C	8 PDIP
DS1312S - 2+	-40°C至 +85°C	8 SO
DS1312S+	-40°C至 +85°C	16 SO
DS1312E+	-40°C至 +85°C	20 TSSOP

其中，“+” 表示无铅（Pb）/符合RoHS标准的封装。

2. 封装信息

封装类型	封装代码	外形编号	焊盘图案编号
8 PDIP	P8 + 2	21 - 0043
8 SO	S8 + 4	21 - 0041	90 - 0096
16 SO	W16 + 1	21 - 0042	90 - 0107
20 TSSOP	U20 + 1	21 - 0066	90 - 0116

七、数据手册修订总结

文档中还提供了数据手册的修订总结，记录了不同版本之间的关键差异。例如，在某些版本中，对 (V{BAT}) 的最大值、(t{BABW}) 的时间、交流测试条件等进行了修改，同时对输入电容和输出电容的定义进行了澄清，并增加了UL认证的相关说明。这些修订信息对于工程师了解产品的改进和发展具有重要意义。

八、总结与思考

DS1312作为一款功能强大的非易失性控制器，为电子设备的数据存储和保护提供了可靠的解决方案。它的多种特性和功能使得它在各种应用场景中都具有广泛的应用前景。然而，在使用过程中，我们也需要注意一些问题，例如电池监测的局限性、电池更换的时间要求等。那么，在实际设计中，你会如何充分发挥DS1312的优势，同时避免潜在的问题呢？欢迎在评论区分享你的想法和经验。