前言

無(wú)論是在工作還是娛樂(lè)中，時(shí)間的概念都是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧?lái)自調(diào)度系統(tǒng)從列車(chē)到記錄進(jìn)出時(shí)間的系統(tǒng)，無(wú)數(shù)應(yīng)用程序都依賴(lài)于時(shí)間數(shù)據(jù)。時(shí)間安排對(duì)世界金融和股票市場(chǎng)的損益有著巨大的影響。有時(shí)間和時(shí)鐘,時(shí)鐘功能對(duì)我們的日常生活至關(guān)重要，最近已經(jīng)滲透到無(wú)數(shù)日常產(chǎn)品中。事實(shí)上，據(jù)說(shuō)很難找到一款沒(méi)有某種時(shí)鐘的產(chǎn)品。這個(gè)世界上也充滿(mǎn)了需要更精確計(jì)時(shí)的應(yīng)用程序，安全系統(tǒng)和電表，僅舉幾例。對(duì)于獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果至關(guān)重要時(shí)鐘是（1）以精確頻率振蕩的設(shè)備和（2）控制它們的IC。在愛(ài)普生，我們制造和銷(xiāo)售將晶體單元組合成單個(gè)封裝的模塊，穩(wěn)定的頻率和控制晶體的實(shí)時(shí)時(shí)鐘IC。本文將解釋這些特征，愛(ài)普生高精度、低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的功能和特點(diǎn)。

愛(ài)普生實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的特點(diǎn)

實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊是一個(gè)包含32.768 kHz晶體單元和實(shí)時(shí)時(shí)鐘IC，包括振蕩電路時(shí)鐘、日歷和鬧鐘。在愛(ài)普生，我們開(kāi)發(fā)和制造我們自己的晶體單元和實(shí)時(shí)時(shí)鐘IC，為我們提供穩(wěn)定的晶體單元供應(yīng)已針對(duì)運(yùn)行的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和實(shí)時(shí)時(shí)鐘IC進(jìn)行了優(yōu)化在這些晶體單元的理想條件下。愛(ài)普生的半導(dǎo)體技術(shù)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以及

該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)極其穩(wěn)定、低功耗的石英振蕩器，是手表控制的基礎(chǔ)。這些技術(shù)是無(wú)數(shù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)和鐘表的核心，來(lái)自官方奧運(yùn)會(huì)上使用的計(jì)時(shí)系統(tǒng)，可以用于豪華精工品牌手表，如Grand Seiko。開(kāi)發(fā)我們自己的晶體單元和實(shí)時(shí)時(shí)鐘IC使我們能夠設(shè)計(jì)出完美的匹配，并帶來(lái)充分發(fā)揮兩者的潛力。這使得產(chǎn)品表現(xiàn)出高性能。這就是設(shè)置愛(ài)普生的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊與眾不同.

時(shí)鐘應(yīng)用中使用的晶體單元的頻率精度

音叉晶體單元通常用于計(jì)時(shí)應(yīng)用的低頻時(shí)鐘滿(mǎn)足市場(chǎng)需求（例如，使當(dāng)前時(shí)間保持在極低功率消費(fèi)）。

當(dāng)音叉晶體單元以低功率運(yùn)行時(shí),頻率溫度系數(shù)呈二次曲線，如圖1所示。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)鐘誤差，不僅要考慮室溫下的頻率偏差（+25攝氏度）以及頻率溫度系數(shù)二次曲線的偏差。

如果普通音叉晶體單元在-40°C下連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月在環(huán)境中，振蕩頻率偏差將為-150[x10-6]，時(shí)鐘將損失6

分鐘/月或更多。

因此，您可能會(huì)認(rèn)為，您更愿意使用AT切割水晶或其他具有作為頻率源的優(yōu)良頻率溫度系數(shù)。然而，振蕩頻率AT切割晶體單元的頻率通常在幾MHz的數(shù)量級(jí)，因此頻率必須為通過(guò)振蕩電路進(jìn)行分頻，以獲得時(shí)鐘應(yīng)用所需的頻率。此時(shí)振蕩電路消耗的電流將是,如果使用音叉晶體單元，則消耗。因此，我們不認(rèn)為使用AT切割晶體單元作為時(shí)鐘源滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

使用數(shù)字TCXO的頻率精度補(bǔ)償方法

音叉晶體單元的振蕩頻率隨著環(huán)境的變化而變化溫度，如圖1所示，需要一種技術(shù)來(lái)補(bǔ)償這些變化，以便

提高時(shí)鐘精度。愛(ài)普生使用數(shù)字TCXO溫度補(bǔ)償來(lái)提高頻率精度。概述如下頻率精度補(bǔ)償方法如圖2所示。

在這種方法中，通過(guò)將環(huán)境溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為固定頻率的數(shù)字值，然后從存儲(chǔ)器中檢索適合的補(bǔ)償值

這個(gè)溫度。補(bǔ)償振蕩頻率的方法大致可分為兩類(lèi)：負(fù)載電容調(diào)整方法和時(shí)鐘更新脈沖調(diào)整方法。負(fù)載

電容調(diào)節(jié)法通常用于愛(ài)普生的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊。下面解釋這兩種補(bǔ)償方法。

負(fù)載電容調(diào)整方法

負(fù)載電容調(diào)節(jié)方法通過(guò)調(diào)節(jié)晶體的振蕩頻率來(lái)校正頻率。晶體單元的振蕩頻率可以通過(guò)增加或減小振蕩負(fù)載電容來(lái)改變。該方法用于校正響應(yīng)于環(huán)境溫度變化而發(fā)生的頻率變化。圖3中示意性地描繪了這一原理。

音叉晶體單元的頻率溫度系數(shù)如圖3左側(cè)所示。右側(cè)顯示了負(fù)載電容調(diào)節(jié)特性，其中頻率根據(jù)負(fù)載電容值而變化。具體而言，根據(jù)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)（1）計(jì)算頻率漂移（2），并得出與該頻率漂移對(duì)應(yīng)的負(fù)載電容的變化量（3）。對(duì)應(yīng)于該溫度的負(fù)載電容變化量被檢索為偏移值。然后應(yīng)用偏移值來(lái)補(bǔ)償振蕩頻率。由于該方法直接補(bǔ)償振蕩頻率，因此振蕩頻率可以用作低頻睡眠時(shí)鐘，其來(lái)自實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的振蕩輸出已被高精度補(bǔ)償。

時(shí)鐘更新脈沖調(diào)整

時(shí)鐘更新脈沖調(diào)整方法補(bǔ)償晶體單元的頻率,通過(guò)使用分頻器電路的一部分來(lái)調(diào)節(jié)脈沖。這個(gè)原理如圖4所示。具體來(lái)說(shuō)，頻率漂移（2）是通過(guò)以下公式計(jì)算的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)（1）和與該頻率漂移對(duì)應(yīng)的頻率為

在分頻器電路和輸出中進(jìn)行補(bǔ)償。如圖4所示，正常情況下，如果在第32767個(gè)脈沖上產(chǎn)生“1秒”信號(hào)在第32768個(gè)脈沖上產(chǎn)生“1秒”時(shí)間段，可以縮短1秒周期。例如，如果每秒應(yīng)用一次這種補(bǔ)償，它將對(duì)應(yīng)于頻率

補(bǔ)償在30.5×10-6左右。通過(guò)調(diào)整脈沖數(shù)量以生成1,第二，通過(guò)改變補(bǔ)償頻率，可以顯著補(bǔ)償頻率，而不改變振蕩電路。采用這種補(bǔ)償方法，可以進(jìn)行調(diào)整由邏輯電路制成，從而精確地輸出最終移動(dòng)時(shí)鐘的1秒信號(hào)。然而，這種方法有一個(gè)弱點(diǎn)：由于提取的時(shí)鐘信號(hào)的周期會(huì)波動(dòng),隨著溫度補(bǔ)償時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，使用此時(shí)鐘的CPU無(wú)法在正確的時(shí)機(jī)。因此，當(dāng)使用這種方法時(shí)，外圍設(shè)備將無(wú)法完全受益。

圖5顯示了愛(ài)普生實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的頻率溫度系數(shù)，其中數(shù)字TCXO用于補(bǔ)償頻率精度（負(fù)載電容調(diào)整方法）。

從圖中可以看出，帶有數(shù)字TCXO的模塊的補(bǔ)償頻率（圖中藍(lán)色）與音叉相比，在較寬的溫度范圍內(nèi)非常穩(wěn)定晶體單元（圖5中的綠線）。這表明實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，每月時(shí)鐘誤差為9秒（頻率精度：±3.4×10-6），具有出色的精度以及穩(wěn)定性。

愛(ài)普生實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，內(nèi)置數(shù)字TCXO

表1總結(jié)了愛(ài)普生低電流實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的特性，所有這些特性使用數(shù)字TCXO來(lái)保證出色的頻率精度和穩(wěn)定性。

表1。內(nèi)置數(shù)字TCXO的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

愛(ài)普生提供滿(mǎn)足客戶(hù)要求的產(chǎn)品系列，不僅包括高頻不僅具有穩(wěn)定性，還具有電源開(kāi)關(guān)功能，適用于汽車(chē)。正如本文所解釋的，愛(ài)普生利用其技術(shù)制造極低電流音叉晶體單元及其補(bǔ)償電路的制造技術(shù)頻率溫度系數(shù)，用于制造和銷(xiāo)售高精度、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊。這些產(chǎn)品的頻率精度在出廠前經(jīng)過(guò)調(diào)整和保證.因此，用戶(hù)無(wú)需進(jìn)行頻率調(diào)諧。這些產(chǎn)品可以顯著為用戶(hù)的設(shè)計(jì)工程效率和質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。