实时时钟

用于计算实际时间的电子产品

实时时钟的缩写是 RTC (Real_Time Clock)。RTC是 集成电路 ,通常称为时钟芯片。

实时时钟芯片是日常生活中应用最为广泛的消费类电子产品之一。它为人们提供精确的实时时间,或者为 电子 系统提供精确的时间基准,目前实时时钟芯片大多采用精度较高的 晶体 振荡器 作为时钟源。有些时钟芯片为了在主电源掉电时,还可以工作,需要外加电池供电。

发展历史

早期RTC产品

早期RTC产品实质是一个带有 计算机 通讯口的分频器。它通过对 晶振 所产生的振荡频率分频和累加,得到年、月、日、时、分、秒等时间信息并通过计算机通讯口送入处理器处理。

这一时期RTC的特征如下:在控制口线上为并行口;功耗较大;采用普通CMOS工艺;封装为双列直插式;芯片普遍没有现代RTC所具有的万年历及闰年月自动切换功能,也无法处理2000年问题。现在已经被淘汰。

中期 RTC 产品

在20世纪90年代中期出现了新一代RTC,它采用特殊CMOS工艺;功耗大为降低,典型值约0.5μA以下;供电电压仅为1.4V以下;和 计算机 通讯口也变为串行方式,出现了诸如 三线 sio /四线SPI,部分产品采用2线I2C 总线 ;包封上采用SOP/SSOP封装,体积大为缩小。

功能上:片内智能化程度大幅提高、具有万年历功能,输出控制也变得灵活多样。其中 日本 RICOH 推出的RTC甚至已经出现时基软件调校功能(TTF)及 振荡器 停振自动检测功能而且芯片的价格极为低廉。目前,这些芯片已被客户大量使用中。

最新一代 RTC 产品

最新一代RTC产品中,除了包含第二代产品所具有的全部功能,更加入了复合功能,如低电压检测,主备用电池切换功能,抗印制板 漏电 功能,且本身封装更小(高度0.85mm,面积仅为2mm*2mm)。

硬件结构

晶振

晶振一般叫做 晶体 谐振器 ,是一种机电器件,晶振是 石英 振荡器 的简称,英文名为 晶体 是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上 电极 焊上引线做成。

晶振的作用:提供基准频率。

RTC的晶振

任何实时时钟的核心都是晶振,晶振频率为32768Hz。它为分频 计数器 提供精确的与低功耗的实际信号。它可以用于产生秒、分、时、日等信息。为了确保时钟长期的准确性,晶振必须正常工作,不能够受到干扰。RTC的晶振又分为:外部晶振和内置晶振。

RTC的 晶振 频率为什么是32768Hz

1.RTC时间是以振荡频率来计算的。故它不是一个时间器而是一个计数器。而一般的计数器都是16位的。又因为时间的准确性很重要,故震荡次数越低,时间的准确性越低。所以必定是个高次数。2^=32768。

2.32768Hz=2^即分频15次后为1Hz,周期=1s。

3.经过工程师的 经验总结 32768Hz,时钟最准确。

4.规范和统一。

总线接口

常用的时钟芯片分为并行接口和 串口调试软件 两大类(并行时钟芯片 数据传送 速率 较快,连线多,不利于缩小产品体积,且占用较多的CPU端口资源。串行时钟芯片只需占用CPU的2-3条I/O口线,可大大减小产品体积线接口。

时钟误差

实时时钟芯片的时间误差主要来源于时钟芯片中 晶振 的频率误差,而晶振的频率误差主要是由于温度变化引起的.所以,把温度对晶振谐振频率所产生的误差进行有效的补偿,是提高时钟精度的关键.石英晶体谐振频率误差补偿方法,是在晶振谐振频率随着温度的变化存在误差已知的基础上,对产生1Hz频率的分频 计数器 进行精确补偿的方法。

RTC最重要的功能是提供到2099年内的日历功能,对于时间来说,无论快慢都是误差,而匹配 电容 在RTC的外围器件上起到非常重要的作用,它可以适当修正 晶体 与RTC之间匹配问题。

目的

一个没有实时时钟的系统也可以计算实际时间,不过使用实时时钟有以下的优点:

消耗功率低(当使用辅助电源时格外重要)

让主系统处理更需时效性的工作

有时会比其他方式的输出要更准确

全球定位系统的接收器若配合实时时钟,可减少其开机时所需的时间,开机时可将其得到的时间和上次接收到有效讯号的时间相比较。若二者时间相差在几个小时以内,则上次的 星历表 仍然可以有效,可以正常使用。

电源来源

实时时钟一般会有备用电源,当主电源断电或无法使用时,实时时钟可利用备用电源来继续计算时间。有些较旧系统的备用电源会用 锂电池 ,不过有些较新的系统会使用 超级电容 ,其优点是可充电,而且可焊接在 电路板 上。备用电源也可作为非 挥发性 BIOS 内存 的电源。

时脉来源

许多实时时钟以 石英 晶体 谐振器 为其时脉的来源,不过有些则是利用 交流电源 的频率。若使用 石英 晶体谐振器,多半谐振器的频率会和 石英钟 中的谐振器频率相同,为32.768kHz.。此频率恰为每秒215次,方便配合简单的 二进制 计数器 一起使用。

实例

许多 集成电路 供应商都有贩售实时时钟,例如 精工爱普生 、 英特硅尔 、 美信集成产品 、恩智浦半导体、 德州仪器 及 意法半导体 等。第一台使用实时时钟的个人电脑是1984年的 PC/AT ,使用的是MC146818的实时时钟,后来达拉斯半导体也开发了相容的实时时钟,常用在早期的个人电脑中。较晚期的电脑常会将实时时钟在 南桥芯片 中。

有些具有许多周边的 单片机 也会内建实时时钟的功能。