實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302與超級(jí)電容

         Dallas半導(dǎo)體公司的DS1302涓流充電時(shí)鐘芯片是一個(gè)可編程3線串行接口時(shí)鐘芯片，可用超級(jí)電容或可充電電池備份系統(tǒng)的時(shí)間和日期，還提供31字節(jié)的非易失SRAM用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。由DS1302和超級(jí)電容構(gòu)成的電源備份電路如圖1所示，DS1302的VCC2接主電源，VCC1接超級(jí)電容正極。針對(duì)不同的電源備份系統(tǒng)，如可充電的鎳氫電池、鎳鎘電池，還有容量不同的超級(jí)電容，DS1302專(zhuān)門(mén)提供了可編程涓流充電電路，以適應(yīng)不同的充電電流要求，充電電路如圖2所示。
         通過(guò)設(shè)置電路內(nèi)的DS和RS控制位，可設(shè)置不同的最大充電電流IMAX。例如控制字是10100101，則表示選通了一只二極管，同時(shí)選通阻值為2kΩ的R1，IMAX計(jì)算公式如式1，式中的VDrop是二極管的電壓降。

IMAX=(VCC2-n·VDrop)/R n=1,2 (1)
表1列出了IMAX計(jì)算值，對(duì)應(yīng)VCC2的值是4.5V、5.0V、5.5V，有1只二極管和2只二極管兩種情況，電阻值為2kΩ、42kΩ和82kΩ。

充電過(guò)程
         作為電源備份的元件，超級(jí)電容的充、放電特性是關(guān)注的重點(diǎn)，結(jié)合DS1302的可編程充電電路，在下面給出充電時(shí)電壓V(t)及電流I(t)與時(shí)間的函數(shù)及放電時(shí)電壓V(t)與時(shí)間的函數(shù)。
超級(jí)電容端電壓與時(shí)間的函數(shù)可表示為式2。
V(t)=VMAX [1-e(-t/RC)] (2)
         V(t)為超級(jí)電容端電壓，VMAX等于VCC2減去n·VDrop，R為內(nèi)部涓流充電電阻，C是超級(jí)電容的容量。超級(jí)電容兩端電壓充電到VMAX的95%所需時(shí)間見(jiàn)表2。
充電電流與時(shí)間的函數(shù)可表示為式3。
I(t)=VMAX/R·e(-t/RC) (3)
I(t)為充電電流。
超級(jí)電容充電特性曲線如圖3所示。

放電過(guò)程
         要知道DS1302使用超級(jí)電容放電的時(shí)間，則需要了解DS1302的特性參數(shù)ICC1T(時(shí)間保持電流)，ICC1T呈線性變化，這意味著DS1302可以表示為阻性負(fù)載RL，超級(jí)電容通過(guò)此負(fù)載來(lái)放電。根據(jù)DS1302數(shù)據(jù)手冊(cè)，在VCC1為2.5V時(shí)，ICC1T為0.3μA，這樣RL約為8.3MΩ。在不考慮超級(jí)電容自放電影響的情況下，超級(jí)電容放電特性可表示為式4。
V(t)=VMAX·e(-t/RLC) (4)
RL為DS1302負(fù)載阻抗。電容放電至2V，根據(jù)上面公式計(jì)算的放電時(shí)間值見(jiàn)表3。
超級(jí)電容放電電壓特性曲線見(jiàn)圖4。
本文介紹了實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302與超級(jí)電容的應(yīng)用實(shí)例，有助于設(shè)計(jì)人員使用超級(jí)電容完成時(shí)鐘保持、數(shù)據(jù)保持等電路的設(shè)計(jì)。