當AI大模型有條不紊地進行信息極速處理和海量數據存儲，當掃地機器人每天合理規(guī)劃清潔任務并精準定時清掃，當無人機在復雜環(huán)境中高效完成精確飛行和導航定位，當安防監(jiān)控精準還原事件調查……這些場景背后，都離不開高精度、低功耗時鐘技術的支撐。

在時鐘同步領域，大普技術高精度守時模組CMXX系列指標優(yōu)異，穩(wěn)居行業(yè)前列，已廣泛應用于通信、工業(yè)、電力等領域。隨著新興行業(yè)蓬勃興起，低功耗、高精度的應用場景不斷擴展，繼守時模組CMXX系列后，大普技術創(chuàng)新設計納安級別的低功耗高精度RTC實時時鐘解決方案，進一步滿足低空經濟、通信、安防監(jiān)控、智能穿戴、數據中心、云計算、導航定位等應用市場對低功耗、高精度守時日益增長的嚴苛需求。

1. 守時，無處不在

守時是指設備或系統在長時間運行中能夠保持時間信息的準確性和穩(wěn)定性。它是確保系統正常運行和數據準確性的關鍵。

時鐘分級的概念由美國貝爾實驗室制定并為國際標準化組織采納，具體規(guī)范文件參考GR-1244-CORE4及ANSI T1.101。其中對于守時穩(wěn)定性提出了需求。

表1. 時鐘等級表

2．RTC 如何實現低功耗、高精度

守時的前提是RTC（實時時鐘）的高精度。然而，RTC芯片的初始精度往往受到晶振頻率偏差的影響，因此校準是提升守時性能的關鍵。

大普RTC主要通過以下精度校準方法，實現了低功耗的高精度守時。

2.1 時基軟件調校（TTF）

時基軟件調校功能（Time Trimming Function, TTF），這是一種通過數字電路實現的高精度時鐘校準技術。TTF的核心原理是利用吞吐脈沖技術，在不改變晶振本身振蕩頻率的情況下，通過增加或減少脈沖數量來補償晶振的固有偏差。

這種方案的優(yōu)點是通過軟件就可以實現輸出頻率修改，不需要專門硬件支持。缺點是只有后端的分頻輸出能被校準，源頭的頻率并沒有得到校準，應用場景受到了限制。

2.2 諧振器C值（負載電容值）調校

振蕩器的負載電容可以調整頻率，有的RTC芯片會有一個專門的寄存器用于調整時鐘的精度，這個寄存器可能被稱為“校準寄存器”或“調整寄存器”。校準寄存器包含一個或多個位字段，用于調整RTC的時鐘頻率。這些位字段用于控制內部電容值（C值）。通過C值作用于諧振器，調整晶體振蕩器的振蕩頻率。

以大普INS5699S為例，有一個6比特的數據位和一個5比特符號位。符號位控制精度調整的方向，數據位對應調整的大小。常溫下單步的調整量約為0.1ppm。

大普創(chuàng)新推出高精度寄存器校準功能RTC產品, 滿足客戶在出廠前對產品進行精確調校， 比如INS5699系列、INS5T8900系列、INS5902系列、INS5T8025系列、INS5T8563系列等支持寄存器精度校準功能。

2.3 基于1PPS精度校準

前面兩種方案調整的前提是已知RTC精度偏差，這就需要有專門的測試環(huán)境進行測試和相應的軟硬件處理，使用場景受到一定的限制。有1PPS輸入校準管腳的RTC解決了這個難題。這種RTC在外接1PPS信號時，直接利用外部1PPS對RTC內部振蕩源時鐘進行自動校準，省略了外部的測試設備和軟件補償方法，大大的簡化了校準方案，提高了校準精度。當然，有的方案使用的是外部時鐘源加TTF校準，有的方案使用外部時鐘源加C值調整，兩者還是有差異。

大普最新推出的INS5A8804系列，INS5A4000系列，INS5A8000系列等支持GPS 1PPS校準功能，更加方便客戶對產品進行實時校準。

3. RTC同步設置：以微秒級同步，滿足行業(yè)嚴苛需求

RTC同步設置，即RTC輸出的1PPS和時鐘源1PPS進行對齊。

對于守時，業(yè)界有另一個說法叫做保持模式穩(wěn)定度（Holdover Stability），即本級時鐘在與上級時鐘同步后，當出現上級時鐘惡化到一定程度或者上級時鐘丟失時，在規(guī)定時間和溫度變化范圍內本級時鐘的漂移。測試守時，就先需要將本級時鐘和上級時鐘同步。

3.1 基于寄存器秒沿同步

對于常規(guī)的大普RTC芯片，我們可以進行毫秒甚至微秒級別的時鐘同步設置。其主要原理是利用大普的RTC秒上升沿即時生效原理——即秒上升沿會移動到秒設置生效的位置，當MCU捕捉到時鐘服務器輸出1PPS上升沿時，對RTC進行秒的寫操作，即能實現精準時鐘同步。詳細設置可參考文章：基于RTC的低功耗精準時鐘同步。

3.2 基于1PPS的秒沿同步

1PPS的秒沿同步功能和1PPS振蕩器精度校準功能類似。大普RTC芯片也支持外部1PPS輸入。在外部1PPS輸入穩(wěn)定的狀況下，結合RTC的寄存器配置，可以自動實現芯片輸出1PPS和外部的1PPS輸入秒沿計時同步。讓同步的過程更加的簡單和快捷。

大普的INS5A8804部分產品、INS5A4000系列、INS5A8000系列等支持1PPS秒沿同步功能。

4. RTC守時實測：低功耗下的高精度守時

4.1 環(huán)境搭建

RTC選擇大普INS5699S，典型功耗1.2uA，滿足守時系統的低功耗需求。時鐘服務器選擇大普DP4000。時鐘精度測試采用頻率計和RTC時鐘測試儀一起測試。示波器用來觀察相位偏差。

圖1. 測試示意圖

4.2 校準精度測試

7pcs樣品在室溫25℃左右，進行頻率校準后，保持1小時，精度在0.1ppm以內。

圖2. 室溫校準精度

4.3 半小時守時測試

測試環(huán)境為室溫，20℃~30℃。

表2 半小時守時結果【3】

圖3. 半小時守時截圖

4.4 24小時守時測試

測試環(huán)境為室溫，20℃~30℃。

表3 24小時守時結果【3】

圖4. 24小時守時截圖

從半小時和24小時測試結果來看，RTC在校準后的精度測試符合理論計算值。在室溫穩(wěn)定的條件下，我們所搭建的系統在規(guī)定時間內的守時指標表現符合預期，可以作為客戶在特定條件下低功耗守時設計參考。

從智能家居到工業(yè)4.0生產線，從低空經濟到軌道交通，大普技術的RTC產品正憑借其高精度和低功耗特性，加速向千行百業(yè)滲透，成為數智時代高效運行的“精密心臟”。未來，隨著人工智能、大數據和云計算等技術的加速發(fā)展，大普技術將持續(xù)創(chuàng)新與技術迭代，引領“芯”時代的“時間革命”。

注[1]:自由運行精度表示時鐘頻率在自由運行模式下（不鎖定到外部參考源）最長20年時間的頻率偏差（相對于標稱頻率）。

注[2]:守時穩(wěn)定性表示時鐘頻率在保持模式下（失鎖后）規(guī)定時間內的最大變化。通常是一組詳細定義的組合值。

注[3]:本次守時指標結果計算方式為初始值和結束值偏差的絕對值，不代表最大偏移量。