31 第 31 章器件特性 器件特性 目录 本章包括以下一些主要内容 : 31.1 简介... 31-2 31.2 特性和电气规范... 31-2 31.3 DC 和 AC 特性图表... 31-2 31.4 版本历史... 31-22 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-1 页
PICmicro 中档单片机系列 31.1 简介 Microchip 为其制造的器件提供特性信息 这些信息是在器件进行了完整的特性测试和数据分析后得到的 数据取自于器件的测试设备和基准模型 这些特性数据有助于设计人员更好地理解器件特性, 以更好地判断器件是否满足应用要求 31.2 特性和电气规范 特性和电气规范之间的差异可以类比为用户期望器件能做什么, 和 Microchip 对器件测试后认定它能做什么 所提供的特性图表仅作为设计指南, 未经测试, 不作保证 特性参数的极限值可能与电气规范章节所给出的测试数据有所不同 这是由于生产性测试设备的能力不同, 并在必要时增加了一定的安全余量 31.3 DC 和 AC 特性图表 每张表都给出了有助于设计的具体信息 这些数据是在固定条件下获得的 如果您的应用条件有别于测试条件, 则测量的数据也将不同 在一些图表中所给出的数据超过了规定的工作范围 ( 即超过了规定的 VDD 范围 ) 这些数据仅供参考, 器件在规定范围内将正常工作 注 1: 在数据手册的特性章节中所给的数据是在一段时间内从分批取样的器件上得到的统计结果 典型值 代表在 25 C 下的平均值, 而 max 代表 ( 平均值 +3σ), min 代表 ( 平均值 -3σ), 其中, σ 代表标准偏差 DS3131A_CN 第 31-2 页 24 Microchip Technology Inc.
31.3.1 IPD 和 VDD 第 31 章器件特性 31 IPD 是指器件处于休眠状态 ( 电源关闭 ) 时, 器件消耗的电流, 称为关断电流 这些测试是在所有 I/O 作为输入时进行的, 无论这些 I/O 被拉高或拉低 即, 测试时没有悬空的输入端, 也没有引脚驱动输出负载 在看门狗定时器 (WDT) 关闭和使能的两种情况下, 分别给出特性图 这是因为 WDT 所需的 RC 振荡器会消耗额外电流, 因此需分别给出 在休眠状态下, 器件的某些功能部件和模块仍可工作, 其中一些模块如 : 看门狗定时器 (WDT) 欠压复位 (BOR) 电路 定时器 Timer1 模数转换器 LCD 模块 比较器 参考电压模块如果上述功能在休眠状态下工作, 器件将消耗更高的电流 当关闭所有功能部件时, 器件的消耗电流最低 ( 即漏电流 ) 如果使能了多个功能部件, 则可很容易地计算出消耗电流, 即等于基本电流 ( 休眠模式下关闭所有模块 ) 加上功能部件的新增电流 例 31-1 给出了 5V 电源下, 使能 WDT 和定时器 Timer1 振荡器时, 计算器件典型工作电流的例子 器件特性 例 31-1: 使能 WDT 和定时器 TIMER1 振荡器时, IPD 的计算值 (@ 5V) 基本电流 14 na ; 器件的漏电流 WDT 的新增电流 14 µa ; 14 µa - 14 na = 14 µa Timer1 的新增电流 22 µa ; 22 µa - 14 na = 22 µa 休眠状态时的总电流 36 µa ; 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-3 页
PICmicro 中档单片机系列 图 31-1: 典型 IPD - VDD 关系曲线示例 (WDT 被禁止, RC 振荡模式 ) 35 3 25 IPD (na) 2 15 1 5 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 图 31-2: 最大 IPD - VDD 关系曲线示例 (WDT 被禁止, RC 振荡模式 ) 1. 1. 85 C 7 C IPD (µa).1 25 C.1 C -4 C.1 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. DS3131A_CN 第 31-4 页 24 Microchip Technology Inc.
图 31-3:25 C 时, 典型 IPD - VDD 关系曲线示例 (WDT 被使能, RC 振荡模式 ) 第 31 章器件特性 31 25 2 器件特性 IPD (µa) 15 1 5 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 图 31-4: 最大 IPD - VDD 关系曲线示例 (WDT 被使能, RC 振荡模式 ) 35 3-4 C C 25 IPD (µa) 2 15 7 C 1 85 C 5 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-5 页
PICmicro 中档单片机系列 图 31-5: 欠压检测使能时, 典型 IPD - VDD 关系曲线示例 (RC 振荡模式 ) 14 12 1 IPD (µa) 8 6 器件没有欠压复位 4 2 器件欠压复位 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 阴影区代表欠压复位电路的内置滞后区 图 31-6: 欠压检测使能时, 最大 IPD - VDD 关系曲线示例 (85 C 至 -4 C, RC 振荡模式 ) 16 14 12 IPD (µa) 1 8 6 4 器件欠压复位 器件没有欠压复位 2 4.3 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 阴影区代表欠压复位电路的内置滞后区 DS3131A_CN 第 31-6 页 24 Microchip Technology Inc.
第 31 章器件特性 图 31-7:Timer1 使能时, IPD - VDD 的关系曲线示例 (32 khz, RC/RC1 = 33 pf/33 pf, RC 振荡模式 ) 31 3 25 2 器件特性 IPD (µa) 15 1 5 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 图 31-8:Timer1 使能时, 最大 IPD - VDD 关系曲线示例 (32 khz, RC/RC1 = 33 pf/33 pf, RC 振荡模式 ) 45 4 35 3 IPD (µa) 25 2 15 1 5 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-7 页
PICmicro 中档单片机系列 31.3.2 IDD 与频率 31.3.2.1 RC 测量 IDD 是指器件处于运行模式时所消耗的电流 (I) 该测试是在所有 I/O 作为输入时进行的, 无论这些 I/O 被拉高或拉低 即, 测试时没有悬空的输入端, 也没有引脚驱动输出负载 IDD 与频率的关系图是从 Microchip 的自动化基准模型中测量所得, 该模型被称为 DCS( 数据收集系统 ) DCS 准确地反映出器件和特定部件的值, 即, 它不包含增加杂散电容或电流 在测量 RC 时,DCS 先选定一个电阻和电容值, 然后在规定范围内改变电压值 器件的运行频率将随着电压的变化而变化 对于一个固定的 RC, 频率随着 VDD 的增加而增加 在该 RC 下完成测量后, 再反复改变 RC 的值重新测量 图上各点分别对应器件的电压 电阻值 (R) 和电容值 (C) 图 31-9: 典型 IDD - 频率关系曲线示例 (RC 振荡模式, @ 22 pf, 25 C) 2 6.V 18 16 14 5.V 4.V IDD (µa) 12 1 8 3.5V 3.V 2.5V 6 4 2..5 1. 1.5 2. 2.5 3. 3.5 4. 4.5 R = 1 kω R = 5 kω 频率 (MHz) 阴影部分在推荐工作范围以外 DS3131A_CN 第 31-8 页 24 Microchip Technology Inc.
图 31-1: 最大 IDD - 频率关系曲线示例 (RC 振荡模式, @ 22 pf, -4 C 到 85 C) 第 31 章器件特性 31 2 6.V IDD (µa) 18 16 14 12 1 5.V 4.V 3.5V 3.V 器件特性 8 6 4 2 2.5V..5 1. 1.5 2. 2.5 3. 3.5 4. 4.5 频率 (MHz) 阴影部分在 推荐工作范围以外 图 31-11: 典型 IDD - 频率关系曲线示例 (RC 振荡模式, @ 1 pf, 25 C) 16 6.V 14 12 5.V IDD (µa) 1 8 6 4.V 3.5V 3.V 2.5V 4 2 2 4 6 8 1 12 14 16 18 阴影部分在频率 (khz) 推荐工作范围以外 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-9 页
PICmicro 中档单片机系列 图 31-12: 最大 IDD - 频率关系曲线示例 (RC 振荡模式, @ 1 pf, -4 C 到 85 C) 16 6.V 14 12 5.V IDD (µa) 1 8 6 4.V 3.5V 3.V 2.5V 4 2 2 4 6 8 1 12 14 16 18 阴影部分在推荐工作范围以外 频率 (khz) 图 31-13: 典型 IDD - 频率关系曲线示例 (RC 振荡模式, @ 3 pf, 25 C) 12 6.V 1 8 5.V 4.V IDD (µa) 6 3.5V 3.V 2.5V 4 2 1 2 3 4 5 6 7 频率 (khz) DS3131A_CN 第 31-1 页 24 Microchip Technology Inc.
图 31-14: 最大 IDD - 频率关系曲线示例 (RC 振荡模式, @ 3 pf, -4 C 到 85 C) 12 第 31 章器件特性 6.V 31 1 5.V 器件特性 8 4.V 3.5V IDD (µa) 6 3.V 2.5V 4 2 1 2 3 4 5 6 7 频率 (khz) 图 31-15: 振荡频率为 5 khz 时, 典型 IDD - 电容关系曲线示例 (RC 振荡模式 ) 6 5 4 5.V 4.V IDD (µa) 3 3.V 2 1 2 pf 1 pf 3 pf 电容 (pf) 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-11 页
PICmicro 中档单片机系列 31.3.2.2 晶体振荡器的测量 在数据收集系统中, 使用不只一个晶体振荡器 在这项测试中, 将一块晶体复用到器件电路中, 而晶体的电容值可以改变 调整外接电容和电压以确定最佳电路特性 ( 如电流 振荡波形以及振荡器的起振 ), 再测量随电压变化的电流 然后更换另一个晶体振荡器, 重复上述过程 图 31-16: 典型 IDD - 频率关系曲线示例 (LP 模式, 25 C) 12 1 8 IDD (µa) 6 4 2 6.V 5.V 4.V 3.5V 3.V 2.5V 5 1 15 2 频率 (khz) 图 31-17: 最大 IDD - 频率关系曲线示例 (LP 模式, 85 C 到 -4 C) 14 12 1 IDD (µa) 8 6 4 2 6.V 5.V 4.V 3.5V 3.V 2.5V 5 1 15 2 频率 (khz) DS3131A_CN 第 31-12 页 24 Microchip Technology Inc.
图 31-18: 典型 IDD - 频率关系曲线示例 (XT 模式, 25 C) 18 第 31 章器件特性 31 16 14 6.V 器件特性 12 1 5.V 4.V IDD (µa) 8 6 4 3.5V 3.V 2.5V 2..4.8 1.2 1.6 2. 2.4 2.8 3.2 3.6 4. 频率 (MHz) 图 31-19: 最大 IDD - 频率关系曲线示例 (XT 模式, -4 C 到 85 C) 18 16 14 6.V 5.V IDD (µa) 12 1 8 6 4.V 3.5V 3.V 2.5V 4 2..4.8 1.2 1.6 2. 2.4 2.8 3.2 3.6 4. 频率 (MHz) 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-13 页
PICmicro 中档单片机系列 图 31-2: 典型 IDD - 频率关系曲线示例 (HS 模式, 25 C) 7. 6. 5. IDD (ma) 4. 3. 2. 1. 6.V 5.V 4.V. 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 频率 (MHz) 图 31-21: 最大 IDD - 频率关系曲线示例 (HS 模式, -4 C 到 85 C) 7. 6. 5. IDD (ma) 4. 3. 2. 1.. 6.V 5.V 4.V 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 频率 (MHz) DS3131A_CN 第 31-14 页 24 Microchip Technology Inc.
31.3.3 RC 振荡器的频率 第 31 章器件特性 31 以下各图显示了器件电压的变化对 RC 振荡器频率产生的影响 测量时, 先选定电容和电阻值, 然后改变器件工作电压, 测量 RC 振荡频率 下表显示了 5V 时, 在给定 R 和 C 下的典型频率, 以及由于器件制造工艺的差异所造成的频率变化 图 31-22: 典型 RC 振荡器频率 - VDD 关系曲线示例 器件特性 Fosc (MHz) 6. CEXT = 22 pf, T = 25 C 5.5 5. 4.5 R = 5k 4. 3.5 3. R = 1k 2.5 2. 1.5 1. R = 1k.5. 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 阴影区在推荐的工作范围外 图 31-23:RC 振荡器频率 - VDD 关系曲线示例 2.4 CEXT = 1 pf, T = 25 C 2.2 2. R = 3.3k Fosc (MHz) 1.8 1.6 1.4 1.2 1..8.6.4.2 R = 5k R = 1k R = 1k. 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-15 页
PICmicro 中档单片机系列 图 31-24: 典型 RC 振荡器频率 - VDD 关系曲线示例 1 CEXT = 3 pf, T = 25 C 9 Fosc (khz) 8 7 6 5 4 3 2 1 R = 3.3k R = 5k R = 1k R = 1k 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 表 31-1: RC 振荡器频率示例 CEXT REXT 平均值 Fosc @ 5V, 25 C 22 pf 5k 4.12 MHz ± 1.4% 1k 2.35 MHz ± 1.4% 1k 268 khz ± 1.1% 1 pf 3.3k 1.8 MHz ± 1.% 5k 1.27 MHz ± 1.% 1k 688 khz ± 1.2% 1k 77.2 khz ± 1.% 3 pf 3.3k 77 khz ± 1.4% 5k 51 khz ± 1.2% 1k 269 khz ± 1.6% 1k 28.3 khz ± 1.1% 本表所示的差异的百分数是由正常制造偏差所导致的器件与器件间的差异 所示差异为在 VDD = 5V 时, 平均值的 ±3 标准偏差 DS3131A_CN 第 31-16 页 24 Microchip Technology Inc.
31.3.4 振荡器的跨导 第 31 章器件特性 31 振荡器的跨导是指振荡器的增益 当振荡器跨导增加时, 振荡器的增益也增大, 导致振荡器电路的电流消耗增加 同时, 随着跨导的增加, 振荡器电路所能支持的最大工作频率增加, 或振荡器的起振时间减小 图 31-25:HS 振荡器的跨导 (gm) - VDD 关系曲线示例 器件特性 4. 3.5 Max -4 C 3. gm (ma/v) 2.5 2. 1.5 Typ 25 C Min 85 C 1..5. 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 6.5 7. 阴影部分在推荐工作范围以外 图 31-26: LP 振荡器的跨导 (gm) - VDD 关系曲线示例 gm (ma/v) 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Max -4 C Typ 25 C Min 85 C 2. 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 6.5 7. 阴影部分在推荐工作范围以外 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-17 页
PICmicro 中档单片机系列 图 31-27:XT 振荡器的跨导 (gm) - VDD 关系曲线示例 1 gm (ma/v) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Max -4 C Typ 25 C Min 85 C 2. 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 6.5 7. 阴影部分在推荐工作范围以外 DS3131A_CN 第 31-18 页 24 Microchip Technology Inc.
31.3.5 晶体的起振时间 第 31 章器件特性 31 以下各图所示为, 在给定晶体 / 电容下, 规定工作电压与晶体的起振时间的关系 图 31-28: 典型 XTAL 起振时间 - VDD 关系曲线示例 (LP 振荡模式, 25 C) 3.5 器件特性 3. 2.5 起振时间 ( 秒 ) 2. 1.5 1..5 2 khz, 15 pf/15 pf 32 khz, 33 pf/33 pf. 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. 图 31-29: 典型 XTAL 起振时间 - VDD 关系曲线示例 (HS 振荡模式, 25 C) 7 6 起振时间 (ms) 5 4 3 8 MHz, 33 pf/33 pf 2 MHz, 33 pf/33 pf 2 MHz, 15 pf/15 pf 2 8 MHz, 15 pf/15 pf 1 4. 4.5 5. 5.5 6. 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-19 页
PICmicro 中档单片机系列 图 31-3: 典型 XTAL 起振时间 - VDD 关系曲线示例 (XT 振荡模式, 25 C) 7 6 5 起振时间 (ms) 4 3 2 1 2 khz, 68 pf/68 pf 2 khz, 47 pf/47 pf 1 MHz, 15 pf/15 pf 4 MHz, 15 pf/15 pf 2.5 3. 3.5 4. 4.5 5. 5.5 6. DS3131A_CN 第 31-2 页 24 Microchip Technology Inc.
31.3.6 经测试的晶体及其电容值 第 31 章器件特性 31 下表给出了在本章测试中所使用的晶体频率及其制造商, 以及得到最佳特性的电容容量和范围 表 31-2: 振荡类型 晶体振荡器的电容选型示例 晶体频率 电容器 C1 的范围 电容器 C2 的范围 LP 32 khz 33 pf 33 pf 2 khz 15 pf 15 pf XT 2 khz 47-68 pf 47-68 pf 1 MHz 15 pf 15 pf 4 MHz 15 pf 15 pf HS 4 MHz 15 pf 15 pf 8 MHz 15-33 pf 15-33 pf 2 MHz 15-33 pf 15-33 pf 注 : 增大电容可以加大振荡器的稳定性, 但同时也延长了起振时间 上述数值仅供设计参考 在 HS 和 XT 模式下, 可能要用到 Rs, 以防止对要求低驱动的晶体产生过驱动 由于每个晶体都有其 自身的特性, 用户应向晶体制造商咨询以获得适当的外接元件参数, 或自行校验振荡器的性 能 使用的晶体 : 32 khz Epson C-1R32.768K-A ± 2 PPM 2 khz STD XTL 2.KHz ± 2 PPM 1 MHz ECS ECS-1-13-1 ± 5 PPM 4 MHz ECS ECS-4-2-1 ± 5 PPM 8 MHz EPSON CA-31 8.M-C ± 3 PPM 2 MHz EPSON CA-31 2.M-C ± 3 PPM 器件特性 31.3.7 EPROM 存储器的擦除时间示例 一个 EPROM 单元的紫外线擦除时间是由 EPROM 单元的几何大小和制造工艺决定的 表 31-3 给出了不同器件的擦除时间的例子 表 31-3: 典型 EPROM 擦除时间推荐值示例 器件 波长 ( 埃 ) 强度 (µw/cm 2 ) 到紫外灯的距离 ( 英寸 ) 典型时间 (1) ( 分钟 ) 1 2537 12, 1 15-2 2 2537 12, 1 2 3 2537 12, 1 4 4 2537 12, 1 6 注 1: 如果未达到上述标准, 擦除时间将有所不同 表 31-4: 欲了解某一器件的典型擦除时间, 请参见器件数据手册 24 Microchip Technology Inc. DS3131A_CN 第 31-21 页
PICmicro 中档单片机系列 31.4 版本历史 版本 A 这是描述器件特性的初始发行版 DS3131A_CN 第 31-22 页 24 Microchip Technology Inc.