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如何解决RTC精度、功耗问题?(一)

2020.10.05

RTC为整个电子系统提供时间基准,主控设计均离不开RTC电路设计,在应用RTC时,会出现精度或功耗大的现象,如何解决RTC精度及功耗问题?本文将为您介绍时钟芯片应用问题及解决方法。

一什么是RTC

实时时钟(Real_Time Clock)简称为RTC,主要为各种电子系统提供时间基准。通常把集成于芯片内部的RTC称为片内RTC,在芯片外扩展的RTC称为外部RTC,PCF8563是一款低功耗的CMOS实时时钟/日历外部芯片,支持可编程时钟输出、中断输出、低压检测等,与处理器通过I2C串行总线进行通信,最大总线速率可达400kHz。

二RTC精度设计

RTC的主要职责就是提供准确的时间基准,计时不准的RTC毫无价值可言。目前部分MCU在片内已集成RTC,实际测试中在电池供电6小时环境下片内RTC的偏差在1-2分钟。因此,若对实时时钟有较高的要求则需优先考虑外扩RTC,同时要求时钟精度更高的RTC,比如PCF8563,表1所示是不同RTC的时钟精度对比。

表1 常见RTC时钟精度对比

wx_article_20190516121402_HR02V4.jpg

1、电路设计

RTC设计电路简约而不简单,时钟芯片的选择、晶振的选择、电路设计、器件放置、阻抗控制、PCB走线规范均会影响RTC的时间基准的稳定性,图1为RTC芯片PCF8563电路设计。

wx_article_20190516121402_rinhAT.jpg

图1 PCF8563参考电路图

2、晶体对地电容容值选择

负载电容:

Cload= [ (Ca*Cb)/(Ca+Cb) ]+Cstray

其中Ca、Cb为接在晶体两引脚到地的电容,Cstray为晶体引脚至处理器晶体管脚的走线电容(即杂散电容总和),一般Cstray的典型值取4~6pF之间;

如要满足晶体12.5pF负载电容的要求:

Cload= [ (15*15)/(15+15) ]+5=12.5pF

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图2 常见时钟电路

3、PCB布线

由于RTC的晶振输入电路具有很高的输入阻抗,因此它与晶振的连线犹如一个天线,很容易耦合系统其余电路的高频干扰。而干扰信号被耦合到晶振引脚导致时钟数的增加或者减少,考虑到线路板上大多数信号的频率高于32.768kHz,所以通常会发生额外的时钟脉冲计数,因此晶振应尽可能靠近OSC1和OSC2引脚放置,同时晶振、OSC1和OSC2的引脚最好布成地平面,具体PCB布线如图3所示。

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图3 PCB布线


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