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(wèn)題？本文將為您介紹時(shí)鐘芯片應(yīng)用問(wèn)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(guò)I^2^C串行總線進(jìn)行通信，最大總線速率可達(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(wú)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)。

圖1 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

圖2 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的引腳最好布成地平面，具體PCB布線如圖3所示。

圖3 PCB布線

4、電路相關(guān)說(shuō)明

如圖1所示，R56、R57為I^2^C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)，推薦使用±20ppm或更穩(wěn)定的晶振。PCF8563典型應(yīng)用電路推薦使用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(shuō)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，推薦使用(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(guò)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(guò)二極管向RTC供電；

圖4 RTC電源切換電路

• 盡量少而且合理地訪問(wèn)RTC，減少I^2^C總線的動(dòng)態(tài)電流；
• 將I^2^C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(guò)設(shè)置寄存器關(guān)閉RTC的時(shí)鐘CLKOUT輸出。