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带温度补偿RTC芯片的选型和应用

本文摘要:带上温度补偿RTC芯片的市场需求正在大大减少,其应用于牵涉到电表、工业、通信等具有部分嵌入式收费系统的设备、全球卫星导航系统接收机及其他行业应用于。精确计时各不相同几个最重要参数,当然其他参数也不会影响时间计时精度,但初始精度、长年稳定性、温度系数这3个参数是最终用户必须尤其注目的指标。 长期以来电子计时仍然缺乏高精度的解决方案,主要原因是石英晶体的温度特性较好。

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带上温度补偿RTC芯片的市场需求正在大大减少,其应用于牵涉到电表、工业、通信等具有部分嵌入式收费系统的设备、全球卫星导航系统接收机及其他行业应用于。精确计时各不相同几个最重要参数,当然其他参数也不会影响时间计时精度,但初始精度、长年稳定性、温度系数这3个参数是最终用户必须尤其注目的指标。  长期以来电子计时仍然缺乏高精度的解决方案,主要原因是石英晶体的温度特性较好。本文讲解几款带上温度补偿的RTC芯片,可以获取独一无二的高精度计时,价格则与普通的予以校准的动态时钟(RTC)非常。

这几款器件的发售可以回避当前为提升计时精度而使用的较低性价比方案,使得准确计时沦为一种标准,而仍然是奢望。  基本原理:  晶振是晶体振荡器的全称。

它用一种能把电能和机械能互相转化成的晶体在共振的状态下工作,以获取平稳,准确的单频波动。在一般来说工作条件下,普通的晶振频率意味著精度可达百万分之五十。高级的精度更高。

有些晶振还可以由另加电压在一定范围内调整频率,称作压控振荡器(VCO)。  初始精度:  初始精度指器件在常规条件下,最初用于时的精度。初始精度主要不受振荡器质量的影响,一般来说精度越高价格也就越喜,较为经济的方法是根据明确的设计对振荡器的初始频率展开非常简单补偿。

一般来说必须测量振荡器的实际频率,计算出来出有校准值,用其补偿振荡器的频率误差。补偿初始精度的主要艰难在于取得充足低的波动频率测量分辨率。动态时钟使用的音叉振荡器在室温下精度的典型值为2010-6,频率测量的分辨率直接影响了时钟精度的提升,但要取得频率的高分辨率测量必须大量的总计计数或以极高的精度测量脉冲周期。

确认RTC的初始精度后,可以用于软件补偿时间误差,但这种方法补偿的意味着是未知的时间间隔,会转变振荡器的频率。如果振荡器输入用作必须高精度时钟的场合,这种方法将不合适。  另外一种RTC常常用于的方法是测量基频,对方波链路展开特、减半计数来调节计时频率。

这种方法须额外的软件支出才可提升计时精度,但无法调节基频。此外,这种方法也必须高精度测量波动频率。以SDIC公司的RTC为事例,它使用的方法是通过调节晶体的阻抗电容来调节晶体的波动频率。

这种方法可以补偿基频,有效地提升计时精度和方波输入时钟的精度,二者工作在同一时钟源。  长年稳定度:  长年稳定度用来预测器件在整个有效地用于期限内的稳定度。

提升精度的另一途径是补偿器件的长年稳定度,拒绝器件在其用于期限内反复测量并展开校准,这种条件在某些场合是可以拒绝接受的,但有些应用于则无法接纳或不便操作者。对于无法展开读写操作、独立国家工作的设备,如电表,设计人员必需提升振荡器精度或转变系统结构,以便对其展开读书/写出操作者和调节,但是,无论哪种方案都会提升系统成本。  频率的长年稳定性主要不受石英晶体老化的影响,补偿这种影响的唯一方法是测量频率并根据测量结果展开频率校准或调理。因为晶体老化的程度随着时间而弱化,影响较小的时期一般在设备运营后的前两年。

晶体工作在高温环境时会加快老化。晶体加装在芯片PCB内时,回流焊过程中不受高温影响,不会使老化再次发生一次跃变。但在加装之后,系统的老化程度不会大大减慢。

将晶体PCB在RTC芯片内,相对于其他外置晶体的RTC具备更佳的老化特性。  温度影响:  温度系数是估计由于温度变化导致的精度误差。温度的不平稳和适当的温度系数是许多应用于所面对的问题,尤其是那些工作在长温范围的应用于,如室外电表或水表。标准的用于RTC时基的32.768kHz音叉晶体的频率响应与温度之间的关系为f/f=k(T-T0)2+f0。

其中,f为频率偏差,f为基频,k为曲率,T为温度,T0为折点温度,f0为折点温度处的频偏。  当器件工作在温度变化较小的环境中,频率随温度的变化将沦为影响计时精度的主要因素。

标准的2010-6晶体每天产生的计时误差是1.7s(每年10.3分钟),如果工作在拓展级温度范围,误差有可能超过-15010-6,每天计时误差为13s,每年1.3h。图1为晶体振荡频率误差的TC特性。

  避免温度对精度影响的唯一途径是获取动态的温度补偿。校准程序要精确测量晶体/振荡器随温度的变化情况,并存储结果。然后按照一定的时间间隔测量晶体温度,利用存储的校准信息调节温度效应。

  温度补偿的RTC:  现在市面上常用的带上温度补偿RTC芯片有EPSON公司的RX8025T芯片,Maxim公司的DS3231芯片和SDIC公司的SD3025T芯片等。下表格对比3种芯片的主要差异:  上面表格中的3款带温度补偿RTC芯片都是内部构建了高平稳晶振,输入的波形都是经过温度补偿校准的。

可以明显提升RTC的初始精度和温度稳定性。由于嵌入在PCB内的晶体早已经过高温老化处置所有比数而立的晶体具备更佳的长年稳定性。精度在-40℃~85℃范围内都大于5ppm。

  结语:  在带上温度补偿RTC芯片经常出现之前,可供选择的方案很难超过准确计时的拒绝。而且,这些方案都必须投放一定的研发精力,必须用户校准和可选的开发成本。带上温度补偿RTC芯片的问世,使准确计时仍然是一种奢求,而是一种切实可行的方案。

  参考文献  1、Maxim.DS3231Datasheet  2、EPSON.RX-8025TDatasheet  3、SDICmicro.SD3025T带上数字温度传感器的动态时钟IC规格书v0.。


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