rtc為整個(gè)電子系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)，主控設(shè)計(jì)均離不開rtc電路設(shè)計(jì)，在應(yīng)用rtc時(shí)，會(huì)出現(xiàn)精度或功耗大的現(xiàn)象，如何解決rtc精度及功耗問題？本文將為您介紹時(shí)鐘芯片應(yīng)用問題及解決方法。
一、什么是rtc實(shí)時(shí)時(shí)鐘(real_time clock)簡(jiǎn)稱為rtc，主要為各種電子系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)。通常把集成于芯片內(nèi)部的rtc稱為片內(nèi)rtc，在芯片外擴(kuò)展的rtc稱為外部rtc，pcf8563是一款低功耗的cmos實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷外部芯片，支持可編程時(shí)鐘輸出、中斷輸出、低壓檢測(cè)等，與處理器通過i2c串行總線進(jìn)行通信，大總線速率可達(dá)400khz。
二、rtc精度設(shè)計(jì)rtc的主要職責(zé)就是提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)，計(jì)時(shí)不準(zhǔn)的rtc毫無價(jià)值可言。目前部分mcu在片內(nèi)已集成rtc，實(shí)際測(cè)試中在電池供電6小時(shí)環(huán)境下片內(nèi)rtc的偏差在1-2分鐘。因此，若對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘有較高的要求則需優(yōu)先考慮外擴(kuò)rtc，同時(shí)要求時(shí)鐘精度更高的rtc，比如pcf8563，表1所示是不同rtc的時(shí)鐘精度對(duì)比。
表1 常見rtc時(shí)鐘精度對(duì)比
1、電路設(shè)計(jì)
rtc設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單，時(shí)鐘芯片的選擇、晶振的選擇、電路設(shè)計(jì)、器件放置、阻抗控制、pcb走線規(guī)范均會(huì)影響rtc的時(shí)間基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，圖1為rtc芯片pcf8563電路設(shè)計(jì)。
pcf8563參考電路圖
2、晶體對(duì)地電容容值選擇
負(fù)載電容：
cload= [ (ca*cb)/(ca+cb) ]+cstray
其中ca、cb為接在晶體兩引腳到地的電容，cstray為晶體引腳至處理器晶體管腳的走線電容（即雜散電容總和），一般cstray的典型值取4~6pf之間；
如要滿足晶體12.5pf負(fù)載電容的要求：
cload= [ (15*15)/(15+15) ]+5=12.5pf
常見時(shí)鐘電路
3、pcb布線
由于rtc的晶振輸入電路具有很高的輸入阻抗，因此它與晶振的連線猶如一個(gè)天線，很容易耦合系統(tǒng)其余電路的高頻干擾。而干擾信號(hào)被耦合到晶振引腳導(dǎo)致時(shí)鐘數(shù)的增加或者減少，考慮到線路板上大多數(shù)信號(hào)的頻率高于32.768khz，所以通常會(huì)發(fā)生額外的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，因此晶振應(yīng)盡可能靠近osc1和osc2引腳放置，同時(shí)晶振、osc1和osc2的引腳**布成地平面，具體pcb布線如圖3所示。
pcb布線
4、電路相關(guān)說明
如圖1所示，r56、r57為i2c總線上拉電阻，pcf8563中斷輸出及時(shí)鐘輸出均為開漏輸出，所以也需要外接上拉電阻，如圖1中的的r58、r59，若不使用這兩個(gè)信號(hào)，對(duì)應(yīng)的上拉電阻可以不用。
對(duì)于pcf8563芯片，需外接時(shí)鐘晶振32.768khz(如圖1的x1)，*使用±20ppm或更穩(wěn)定的晶振。pcf8563典型應(yīng)用電路*使用15pf的晶振匹配電容，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以作相應(yīng)的調(diào)整，以使rtc獲得更高精度的時(shí)鐘源。一般晶振匹配電容在15pf～21pf之間調(diào)整(相對(duì)于±20ppm精度的32.768khz晶振)，15pf電容時(shí)時(shí)鐘頻率略偏高，21pf電容時(shí)時(shí)鐘頻率略偏低。
5、精度調(diào)整方法
設(shè)置pcf8563時(shí)鐘輸出有效(clkout)，輸出頻率為32.768khz；使用高精度頻率計(jì)測(cè)量clkout輸出的頻率；根據(jù)測(cè)出的頻率，對(duì)cb1、cb2、cb3作短接或斷開調(diào)整，頻率比32.768khz偏高時(shí)，加大電容值，頻率比32.768khz偏低時(shí)，減小電容值。
說明：圖1中的c41、c42、c43的值在1pf～3pf之間，根據(jù)實(shí)際情況確定組合方式，以便于快速調(diào)整，*使用(3pf、3pf、3pf)、(1pf、2pf、3pf)、(2pf、3pf、4pf)。
三、rtc低功耗設(shè)計(jì)很多rtc設(shè)計(jì)成可以只依靠一塊電池供電就能工作，如果主電源關(guān)閉，僅依靠一小塊鋰電池就能夠驅(qū)動(dòng)振蕩器和整個(gè)時(shí)鐘電路，如何降低rtc電路工作時(shí)功率消耗？
通過應(yīng)用幾種不同的方法可以降低rtc功耗：
選擇低功耗的rtc，比如pcf8563，表2所示是不同rtc的功率消耗對(duì)比：
表2 常見rtc功率消耗對(duì)比
rtc電源切換電路中，選擇漏電流小的二極管比如bav74，當(dāng)系統(tǒng)電源電壓3.3v斷開時(shí)，bt1鋰電池cr2032(3v/225mah)通過二極管向rtc供電；
rtc電源切換電路
盡量少而且合理地訪問rtc，減少i2c總線的動(dòng)態(tài)電流；將i2c總線的上拉電阻設(shè)計(jì)得盡量大些，比如10k；在應(yīng)用時(shí)，通過設(shè)置寄存器關(guān)閉rtc的時(shí)鐘clkout輸出。各種電測(cè)量?jī)x器選德國(guó)gmc-i高美測(cè)儀找深圳茂迪，主要做：功率分析儀，電氣安全/安規(guī)測(cè)試儀，絕緣/接地測(cè)試儀，數(shù)字模擬多用表，電能質(zhì)量分析儀，高精度直流電源，多功能電量表，能源管理系統(tǒng)，測(cè)量傳感器/變送器，角位變送器，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀、尋線儀 各種記錄儀等。