高精度实时时钟模块 内置数字TCXO的实时时钟模块的特点

前言

无论是在工作还是娱乐中，时间的概念都是我们日常生活中不可或缺的一部分。来自调度系统从列车到记录进出时间的系统，无数应用程序都依赖于时间数据。时间安排对世界金融和股票市场的损益有着巨大的影响。有时间和时钟,时钟功能对我们的日常生活至关重要，最近已经渗透到无数日常产品中。事实上，据说很难找到一款没有某种时钟的产品。这个世界上也充满了需要更精确计时的应用程序，安全系统和电表，仅举几例。对于获得更准确的结果至关重要时钟是（1）以精确频率振荡的设备和（2）控制它们的IC。在爱普生，我们制造和销售将晶体单元组合成单个封装的模块，稳定的频率和控制晶体的实时时钟IC。本文将解释这些特征，爱普生高精度、低功耗实时时钟模块的功能和特点。

 

爱普生实时时钟模块的特点

实时时钟模块是一个包含32.768 kHz晶体单元和实时时钟IC，包括振荡电路时钟、日历和闹钟。在爱普生，我们开发和制造我们自己的晶体单元和实时时钟IC，为我们提供稳定的晶体单元供应已针对运行的高精度实时时钟模块和实时时钟IC进行了优化在这些晶体单元的理想条件下。爱普生的半导体技术和专业知识，以及

该技术能够实现极其稳定、低功耗的石英振荡器，是手表控制的基础。这些技术是无数计时系统和钟表的核心，来自官方奥运会上使用的计时系统，可以用于豪华精工品牌手表，如Grand Seiko。开发我们自己的晶体单元和实时时钟IC使我们能够设计出完美的匹配，并带来充分发挥两者的潜力。这使得产品表现出高性能。这就是设置爱普生的实时时钟模块与众不同.

 

时钟应用中使用的晶体单元的频率精度

音叉晶体单元通常用于计时应用的低频时钟满足市场需求（例如，使当前时间保持在极低功率消费）。

当音叉晶体单元以低功率运行时,频率温度系数呈二次曲线，如图1所示。因此，在设计时时钟误差，不仅要考虑室温下的频率偏差（+25摄氏度）以及频率温度系数二次曲线的偏差。

 

如果普通音叉晶体单元在-40°C下连续运行一个月在环境中，振荡频率偏差将为-150[x10-6]，时钟将损失6

分钟/月或更多。

 

因此，您可能会认为，您更愿意使用AT切割水晶或其他具有作为频率源的优良频率温度系数。然而，振荡频率AT切割晶体单元的频率通常在几MHz的数量级，因此频率必须为通过振荡电路进行分频，以获得时钟应用所需的频率。此时振荡电路消耗的电流将是,如果使用音叉晶体单元，则消耗。因此，我们不认为使用AT切割晶体单元作为时钟源满足市场需求。

 

使用数字TCXO的频率精度补偿方法

音叉晶体单元的振荡频率随着环境的变化而变化温度，如图1所示，需要一种技术来补偿这些变化，以便

提高时钟精度。爱普生使用数字TCXO温度补偿来提高频率精度。概述如下频率精度补偿方法如图2所示。

在这种方法中，通过将环境温度数据转换为固定频率的数字值，然后从存储器中检索适合的补偿值

这个温度。补偿振荡频率的方法大致可分为两类：负载电容调整方法和时钟更新脉冲调整方法。负载

电容调节法通常用于爱普生的实时时钟模块。下面解释这两种补偿方法。

 

负载电容调整方法

负载电容调节方法通过调节晶体的振荡频率来校正频率。晶体单元的振荡频率可以通过增加或减小振荡负载电容来改变。该方法用于校正响应于环境温度变化而发生的频率变化。图3中示意性地描绘了这一原理。

音叉晶体单元的频率温度系数如图3左侧所示。右侧显示了负载电容调节特性，其中频率根据负载电容值而变化。具体而言，根据环境温度数据（1）计算频率漂移（2），并得出与该频率漂移对应的负载电容的变化量（3）。对应于该温度的负载电容变化量被检索为偏移值。然后应用偏移值来补偿振荡频率。由于该方法直接补偿振荡频率，因此振荡频率可以用作低频睡眠时钟，其来自实时时钟模块的振荡输出已被高精度补偿。

 

时钟更新脉冲调整

时钟更新脉冲调整方法补偿晶体单元的频率,通过使用分频器电路的一部分来调节脉冲。这个原理如图4所示。具体来说，频率漂移（2）是通过以下公式计算的环境温度数据（1）和与该频率漂移对应的频率为

在分频器电路和输出中进行补偿。如图4所示，正常情况下，如果在第32767个脉冲上产生“1秒”信号在第32768个脉冲上产生“1秒”时间段，可以缩短1秒周期。例如，如果每秒应用一次这种补偿，它将对应于频率

补偿在30.5×10-6左右。通过调整脉冲数量以生成1,第二，通过改变补偿频率，可以显著补偿频率，而不改变振荡电路。采用这种补偿方法，可以进行调整由逻辑电路制成，从而精确地输出最终移动时钟的1秒信号。然而，这种方法有一个弱点：由于提取的时钟信号的周期会波动,随着温度补偿时间的动态变化，使用此时钟的CPU无法在正确的时机。因此，当使用这种方法时，外围设备将无法完全受益。

图5显示了爱普生实时时钟模块的频率温度系数，其中数字TCXO用于补偿频率精度（负载电容调整方法）。

从图中可以看出，带有数字TCXO的模块的补偿频率（图中蓝色）与音叉相比，在较宽的温度范围内非常稳定晶体单元（图5中的绿线）。这表明实时时钟模块，每月时钟误差为9秒（频率精度：±3.4×10-6），具有出色的精度以及稳定性。

 

爱普生实时时钟模块，内置数字TCXO

表1总结了爱普生低电流实时时钟模块的特性，所有这些特性使用数字TCXO来保证出色的频率精度和稳定性。

表1。内置数字TCXO的实时时钟模块

Product	Interface	Backup current consumption Typ. (3V)[μA]	Operating temperature Max	Function (times)	Automotive     grade	Size  [mm]
RX8901CE	I²c	0.24	+105℃	Power switching Time stamp(32)		CE: 3.2x2.5x1.0t
RX4901CE	SPI
RX8804CE	²C	0.35	+105℃	Time stamp(1)
RX8900CE	I²c	0.7	+85℃	Power switching
RA8000CE	IC	0.3	+125℃	Resetoutput Time stamp(2)	AEC-Q100
RA4000CE	SPI
RA8804CE	I²c	0.35	+105℃	Time stamp(1)
RA8900CE	²C	0.7	+85℃	Power switching	AEC-Q200

 

爱普生提供满足客户要求的产品系列，不仅包括高频不仅具有稳定性，还具有电源开关功能，适用于汽车。正如本文所解释的，爱普生利用其技术制造极低电流音叉晶体单元及其补偿电路的制造技术频率温度系数，用于制造和销售高精度、低功耗的实时时钟模块。这些产品的频率精度在出厂前经过调整和保证.因此，用户无需进行频率调谐。这些产品可以显著为用户的设计工程效率和质量做出贡献。