PCF8563 — часы реального времени NXP с током 250 нА

Выводы

У HVSON10 площадка снизу соединена с VSS через высокоомное непроводящее крепление кристалла и должна оставаться электрически изолированной: её можно припаять к отдельной изолированной медной площадке ради теплоотвода, но это не обязательно, а дорожки под корпусом вести нельзя (примечание к табл. 3).

Последние два кода не рекомендуются для новых разработок; замена — PCF85063ATL (табл. 1). Корпус DIP8 убран из даташита в ревизии 11 (октябрь 2015). SO8 по чертежу SOT96-1 — обычный SOIC-8: корпус 4,8–5,0 × 3,8–4,0 мм, шаг 1,27 мм. «TSSOP8» SOT505-1 по размерам — корпус 2,9–3,1 × 2,9–3,1 мм с шагом 0,65 мм и шириной по выводам 4,7–5,1 мм, то есть тот, что на сайте описан как MSOP-8, а не TSSOP-8 шириной 4,4 мм. HVSON10 — 2,9–3,1 × 2,9–3,1 мм, шаг 0,5 мм, площадка 2,15–2,55 × 1,45–1,75 мм.

Параметры

Условия таблиц 29 и 30 (с. 31–34): VDD = 1,8–5,5 В, −40…+85 °C, кварц 32,768 кГц с Rs = 40 кОм и CL = 8 пФ, если не указано иное.

Предельные режимы (табл. 28): VDD и входы SCL, SDA, OSCI — от −0,5 до 6,5 В; выходы CLKOUT и INT — до 6,5 В; ток через любой вывод — ±10 мА; рабочая температура −40…+85 °C. Защита от электростатики по модели тела человека — ±3500 В у исполнений /4 и /F4 и ±2000 В у /5. Примечание [1] к таблице 29: ход от 1,0 В указан для расчёта батареи, а для быстрого и надёжного запуска генератора при включении нужно не меньше 1,3 В.

Входы SCL и SDA допускают единицу до 5,5 В и 6,5 В по пределу при любом VDD из диапазона, а защитные диоды у SCL, SDA, INT и CLKOUT стоят только к VSS (рис. 22), поэтому PCF8563 с питанием 3,3 В можно ставить на шину I²C с подтяжками к 5 В. Наш расчёт: при VDD = 3,3 В единица на входе — от 2,31 В, ноль — до 0,99 В.

Регистры

Шестнадцать восьмибитных регистров, адрес которых растёт автоматически после каждого байта (табл. 4). Время и календарь — в BCD.

После сброса (табл. 27): Control_status_1 = 08h (TESTC = 1), Control_status_2 = 00h, бит VL = 1, все будильники выключены (AE_x = 1), CLKOUT включён на 32,768 кГц, таймер выключен и тактируется от 1/60 Гц. Регистры времени при включении не определены — их нужно записать. День недели — число 0–6, которое микросхема просто увеличивает; что считать воскресеньем, решает программа (табл. 14).

Високосный год PCF8563 определяет по делимости года на 4, включая 00 (примечание к табл. 12), а бит C переключается при переходе года с 99 на 00. Наш вывод: если 00 означает 2000 год, календарь верен до 2099 года; в 2100 году микросхема добавит 29 февраля, которого нет, — это придётся исправить программой.

Чтение и установка времени

Во время обращения по I²C счётчики времени (02h–08h) заморожены, а один пропущенный за это время секундный импульс микросхема запоминает и добавляет потом. Поэтому всё обращение должно уложиться в 1 с, а время нужно читать и записывать одним пакетом — от секунд до года (разд. 8.5). Порядок чтения из даташита: START, A2h, указатель 02h, повторный START, A3h, семь байт VL_seconds…Years, STOP. Если читать часы и минуты разными обращениями, между ними может пройти переход через минуту.

Если обращение длится дольше 1 с, срабатывает сторожевой таймер интерфейса (через 1–2 с после адреса): он сбрасывает интерфейс и отпускает счётчики, но каждое такое срабатывание теряет 1 с хода (разд. 9.6). Это защищает часы, если, например, основное питание пропало посреди обмена.

Для точного старта служит бит STOP: пока он равен 1, делитель стоит, время можно записать, а после сброса STOP первая секунда наступает через 0,507813–0,507935 с (табл. 26). Наш вывод: чтобы часы шли с точностью до доли секунды, STOP сбрасывают примерно за полсекунды до начала устанавливаемой секунды.

CLKOUT, будильник и таймер

CLKOUT выдаёт 32,768 кГц (по умолчанию), 1,024 кГц, 32 Гц или 1 Гц (табл. 22); выход с открытым стоком, ему нужна подтяжка. После включения он работает, и это прибавляет ток: 550 нА против 250 нА при 3 В. Наш вывод: если CLKOUT не нужен, первым делом записать 00h в регистр 0Dh — для резервного питания это вдвое меньший ток. Частоту 32,768 кГц с CLKOUT удобно использовать для подстройки кварца частотомером.

Будильник сравнивает минуты, часы, число и день недели — каждое сравнение включается своим битом AE_x = 0. Когда совпадут все включённые поля, ставится флаг AF; при AIE = 1 вывод INT опускается в ноль и остаётся там, пока флаг не сброшен записью. Будильника по секундам нет.

Таймер — восьмибитный счётчик обратного отсчёта от частоты 4096, 64, 1 или 1/60 Гц (табл. 23). Наш расчёт: при 1/60 Гц и значении 255 — 255 минут, то есть 4 ч 15 мин; при 4096 Гц шаг — около 244 мкс. С битом TI_TP = 1 INT выдаёт импульсы каждый период (табл. 7), с TI_TP = 0 — повторяет флаг TF. Когда таймер не нужен, NXP советует оставить TD = 11 (1/60 Гц) ради экономии тока. Значение таймера при чтении не замораживается — его читают дважды и сравнивают.

Кварц и точность

Конденсатор на OSCO (15–35 пФ) встроен, поэтому для кварца с CL 7–12,5 пФ внешних конденсаторов обычно не нужно; для подстройки на OSCI ставят конденсатор или подстроечник 5–25 пФ (табл. 30, рис. 28). Как нагрузочная ёмкость сдвигает частоту, рассказано в статье «Нагрузочная ёмкость кварца», расчёт внешних конденсаторов — в калькуляторе.

По разделу 14.1 разброс самой микросхемы — в среднем ±5 ppm, и с постоянным конденсатором, подобранным под разводку, NXP обещает среднее отклонение ±5 минут в год. Наш расчёт: 5 мин в год — это 300 / 31 536 000 ≈ 9,5 ppm. Температурной компенсации нет, поэтому уход часового кварца на холоде и жаре (его даёт даташит кварца, а не PCF8563) добавляется к этим цифрам. Если нужна точность в единицы ppm во всём диапазоне температур, выбирают DS3231.

Резервное питание

Отдельного входа для батарейки нет: часы питаются от того же вывода VDD. В схеме рис. 28 основное питание приходит через диод, а за ним — конденсатор 100 нФ и ионистор 1 Ф через резистор. Когда питание пропадает, диод запирается, и PCF8563 работает от ионистора, пока напряжение не упадёт ниже порога Vlow — тогда ставится бит VL.

Наш расчёт для ионистора 1 Ф, заряженного до 3,0 В: до 1,0 В разряд на 2 В при токе 0,5 мкА (максимум при 3 В и 25 °C) займёт 1 Ф · 2 В / 0,5 мкА = 4 · 10⁶ с, около 46 суток; при типовых 250 нА — около 93 суток. Ток утечки самого ионистора здесь не учтён, а у реальных ионисторов он часто больше тока часов. Не забудьте отключить CLKOUT — иначе ток вдвое больше.

PCF8563, DS3231 и DS1307

Наш вывод: PCF8563 удобен в батарейных устройствах на 1,8–3,3 В — он почти ничего не потребляет и работает при питании, при котором DS1307 не запускается вовсе. За точность при этом отвечает только кварц и его разводка. С DS3231 и DS1307 у PCF8563 разные адреса, поэтому на одной шине они не конфликтуют.

Расхождения в документации

• Корпус «TSSOP8». Таблица заказа называет SOT505-1 «TSSOP8, ширина корпуса 3 мм», а по размерам на с. 39 (корпус 3 × 3 мм, шаг 0,65 мм, по выводам 4,7–5,1 мм) это корпус размеров MSOP-8, а не TSSOP-8 с корпусом 4,4 мм.
• Минимальное питание. Особенности на с. 3 обещают ход часов от 1,0 В, а порог Vlow — до 1,0 В макс.: при самых низких допустимых 1,0 В флаг VL может быть уже поднят; кроме того, примечание к табл. 29 требует 1,3 В для надёжного запуска генератора.
• Высота HVSON10. Название чертежа SOT650-1 — «body 3 × 3 × 0,85 mm», а в таблице размеров A — до 1 мм.
• Сноски на временной диаграмме. На рис. 27 остались подписи «Configured as Controller when OSC is connected to VSS» и «…as Target when OSC is connected to VDD», хотя у PCF8563 нет ни вывода OSC, ни режима ведущего.
• Время обращения. Разд. 8.5 и примечание [5] к табл. 30 требуют закончить обращение быстрее 1 с, а сторожевой таймер (разд. 9.6) срабатывает «между 1 и 2 с»: обращение длиной 1–2 с может пройти без сброса интерфейса, но уже с риском потерять секунду.