Время – деньги и наноамперы: применение часов реального времени Maxim Integrated

20 мая

универсальное применениеMaxim Integratedстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалыМикроконтроллерRTCЧасы реального времени

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Зачем использовать внешнюю микросхему часов реального времени (RTC), а не внутренние RTC микроконтроллера?  Хотя бы потому, что у RTC MAX31342 производства Maxim Integrated типовое потребление составляет 150 нА при 3 В и температуре 25°С, а у встроенных RTC одного из самых малопотребляющих микроконтроллеров при тех же условиях – примерно 370 нА.

Часы реального времени (Real-Time-Clock, RTC) являются важным элементом современных электронных устройств. Можно смело утверждать, что RTC имеет в составе каждое электронное устройство, хоть как-то связанное со временем: электронные часы, микроволновые печи, системы автоматического подогрева, беспроводные умные счетчики, а также смартфоны, компьютеры, духовые шкафы, холодильники и, конечно же, широкий спектр портативной электроники, в частности фитнес-трекеры, умные часы, глюкометры и так далее.

Часы реального времени являются относительно простым компонентом, однако их использование имеет важные особенности. По этой причине разработчики должны ответственно подходить к проектированию устройств с RTC.

Рассмотрим наиболее важные вопросы, связанные с часами реального времени производства Maxim, начиная от описания основных функций и структуры, и заканчивая рекомендациями по их использованию в составе электронных устройств. Для наглядности в качестве демонстрационного примера выбрана микросхема RTC MAX31342, так как сверхкомпактные габариты и сверхмалое потребление делают ее отличным выбором для широкого спектра популярных малопотребляющих и компактных электронных устройств с батарейным питанием.

Основные функции часов реального времени (RTC)

К основным функциям RTC относятся:

  • Измерение «человеческого» времени. Обычного пользователя, далекого от электроники, может смутить само название «часы реального времени» и в особенности слово «реального». Однако это уточнение объясняется очень просто. Дело в том, что современные микросхемы работают с очень высокой рабочей частотой – от единиц МГц до единиц ГГц. То есть речь идет о наносекундных интервалах времени (и даже меньших). С точки зрения человеческого восприятия это очень и очень мало, так как в повседневной жизни мы привыкли иметь дело с секундами, минутами, часами и так далее. В то же время привычные для нас секунды и минуты для электронных схем кажутся вечностью. Таким образом, становится очевидной первая и главная функция RTC: оставаясь электронным компонентом и работая в мире быстрых сигналов, часы реального времени должны измерять реальное, «человеческое» время.
  • Ведение календаря. Кроме подсчета секунд, минут и часов, современные RTC способны автоматически вести календарь, определять день недели, число, месяц и год, а также учитывать високосный год, переход с летнего времени на зимнее и так далее.
  • Формирование сигналов пробуждения. Современные RTC в подавляющем большинстве случаев имеют дополнительные выходы, которые используются для формирования сигналов пробуждения. Такие сигналы обычно применяют для пробуждения управляющих микроконтроллеров из режимов пониженного потребления.
  • Хранение времени и даты. Для многих электронных систем крайне важно сохранять время и дату даже при отсутствии питания, поэтому именно RTC оказывается тем компонентом, который работает дольше всех Приведем простой пример. Многие пользователи знают, что после отключения обычного компьютера от бытовой сети установленное на нем время не сбрасывается, а сохраняется. После повторного подключения компьютера к розетке он по-прежнему будет показывать правильное время. Это связано с тем, что при отсутствии основного питания RTC продолжает работать от дежурной батарейки, размещенной на материнской плате, в то время как остальные компоненты и модули ПК оказываются неактивными. Примерно такая же ситуация наблюдается в ноутбуках, сотовых телефонах и многих других устройствах.

Если говорить о часах реального времени, интегрированных в состав микроконтроллеров и микропроцессоров, то обычно их размещают в специальном малопотребляющем домене, питание которого сохраняется в режиме глубокого сна и даже в режиме полной остановки. Среди режимов пониженного потребления микроконтроллеров очень часто выделяют режимы с RTC и без RTC, например, «Stop» и «Stop with RTС», «Standby» и «Standby with RTС». Более того, в некоторых современных малопотребляющих контроллерах RTС относят к домену с батарейным питанием. В нормальном режиме работы этот домен питается от штатного источника напряжения, однако если этот источник отключается, то домен очень быстро переходит на питание от дежурной батарейки, в то время как остальная часть микроконтроллера остается неактивной.

Из вышесказанного становится понятно, что одним из важнейших параметров часов реального времени оказывается уровень потребления. Чем меньше потребляет RTC, тем больше прослужит батарейка, и тем дольше будет вестись учет времени.

Теперь, когда основные функции часов реального времени определены, рассмотрим, каким образом они выполняют эти функции. Для этого необходимо проанализировать структуру RTC.

Базовая структура RTC Maxim

На рисунке 1 представлена типовая функциональная схема часов реального времени на примере MAX31342 [1]. Ключевыми компонентами схемы являются: внешний резонатор 32,768 кГц, генератор, регистры часов/календаря/будильников, логика и регистры управления, последовательный интерфейс (в данном случае I2C), схема внешней синхронизации.

Рис. 1. Функциональная схема часов реального времени MAX31342

Рис. 1. Функциональная схема часов реального времени MAX31342

Принцип работы RTC относительно прост. Резонатор совместно с генератором формируют опорный тактовый сигнал 32,768 кГц. Далее этот сигнал делится с помощью встроенных делителей, в результате чего получается сигнал 1 Гц, который измеряется счетчиком секунд. Данные счетчика секунд позволяют определить остальные временные параметры: минуты, часы, дату и прочее. Значения даты и времени хранятся в специальных регистрах и могут быть вычитаны внешним управляющим микроконтроллером по последовательному интерфейсу (в данном случае I2C).

При необходимости в качестве опорного сигнала для RTC может выступать сигнал от внешнего генератора, подаваемый на специальный вход CLKIN. В случае с MAX31342 допускается использование внешних тактовых сигналов 32,768 кГц, 50 Гц, 60 Гц и 1 Гц.

MAX31342 позволяет выводить собственный опорный тактовый сигнал на выход CLKOUT, что имеет большое значение при выполнении отладки (подробнее об этом говорится в разделе «Обзор отладочной платы MAX31342EWA+T»).

Выходы INTA/INTB служат для формирования пробуждающих сигналов или прерываний при достижении заданного момента времени. Эти выходы задействуются, если требуется обеспечить сверхмалое потребление для всего устройства. Обычно для минимизации потребления управляющий микроконтроллер большую часть времени находится в режиме ожидания и лишь иногда просыпается для быстрого выполнения необходимых действий. В большинстве случаев именно RTC отвечает за периодические пробуждения микроконтроллера с помощью выходов INTA/INTB.

У начинающих разработчиков обычно возникает вопрос, почему в качестве резонатора используется именно резонатор 32768 Гц. Дело в том, что число 32768 является степенью двух: 215 = 32768. Это очень удобно, так как подсчет импульсов ведется цифровыми двоичными счетчиками. При работе генератора с частотой 32768 Гц двоичный счетчик насчитает ровно 32768 импульсов в секунду, что соответствует показанию 8000h (шестнадцатеричное представление). То есть 15-й разряд счетчика переключается с «0» на «1» один раз в секунду, что существенно упрощает счет. Для сравнения, при использовании резонатора с «круглой» частотой 1 МГц за секунду будет сгенерирован 1 миллион импульсов, что соответствует не совсем удобному значению F4240h (шестнадцатеричное представление).

У более опытных разработчиков возникнет другой вопрос: почему на представленной схеме не отображены традиционные нагрузочные конденсаторы? Ответ очень прост: в RTC производства Maxim Integrated традиционно используется модифицированный генератор Пирса, построенный на КМОП-инвертере (рисунок 2) [2]. Понимая, что в современных компактных приложениях каждый квадратный миллиметр на счету, компания Maxim Integrated попросту встроила нагрузочные конденсаторы в RTC, равно как и дополнительные резисторы смещения.

Рис. 2. В RTC производства Maxim используется модифицированный генератор Пирса со встроенными нагрузочными конденсаторами и резисторами

Рис. 2. В RTC производства Maxim используется модифицированный генератор Пирса со встроенными нагрузочными конденсаторами и резисторами

Разумеется, у такого подхода есть и некоторые недостатки. В данной схеме кварцевый резонатор работает в режиме параллельного резонанса, для которого необходимо очень хорошо согласовывать параметры генератора, резонатора и нагрузочных емкостей. Так как нагрузочные конденсаторы в RTC Maxim уже встроены, то требования к кварцевому резонатору оказываются более жесткими. Стоит отметить, что выбор правильного резонатора с учетом допустимого уровня возбуждения и различных паразитных параметров (например, паразитной емкости платы), является отдельной важной темой и выходит за рамки данной статьи. Подробно с этим вопросом можно ознакомиться в других публикациях, например, в [2] или [3].

Стоит подчеркнуть, что в большинстве приложений при выборе кварцевого резонатора будет достаточно следовать рекомендациям компании Maxim Integrated (таблица 1) [2]. Кроме того, можно выбрать резонатор из списка рекомендованных моделей [2]. Некоторые распространенные проблемы, связанные с работой кварцевых резонаторов, раскрываются в разделе «Что делать. если возникли проблемы?».

Таблица 1. Рекомендуемые характеристики кварцевого резонатора для RTC производства Maxim Integrated [2]

Параметр Обозначение Мин. Тип. Макс.
Номинальная частота, кГц fO 32,768
Начальная точность, ppm delta f/fO ±20
Нагрузочная емкость, пФ CL 6
Точка перегиба температурной зависимости, °C T0 20 25 30
Параболический коэффициент температурной зависимости, ppm/°C k 0,042
Добротность Q 40 70
Последовательное сопротивление, кОм ESR 45
Последовательная шунтирующая емкость, пФ C0 1,1 1,8
Соотношение емкостей C0/C1 430 600
Уровень возбуждения, мкВт DL 1

Основные характеристики RTC

Рассмотрим характеристики RTC, на которые следует обращать внимание в первую очередь.

Функциональные возможности. Функционал имеет большое значение при выборе RTC. Если вам необходимо обеспечить минимальное потребление, то следует выбирать RTC с выходами пробуждения, с помощью которых можно выводить управляющий микроконтроллер из спящего состояния.

При отладке будет полезно иметь RTC, который может выводить свой опорный тактовый сигнал на дополнительный выход. Этот же сигнал пригодится и для тактирования других микросхем.

В приложениях, критичных к временному рассогласованию, следует выбирать RTC с возможностью синхронизации от внешнего сигнала.

Точность. Точность RTC определяется точностью используемого резонатора, правильностью согласования цепей тактирования, правильностью трассировки и компоновки печатной платы. В таблице 1 указаны рекомендуемые характеристики кварцевого резонатора, в том числе параметры, определяющие отклонение частоты: начальная точность, точка перегиба температурной зависимости и параболический коэффициент температурной зависимости.

Типовая начальная точность часовых кварцевых резонаторов составляет ±20 ppm при 25°С [4]. Для резонаторов 32768 Гц это соответствует погрешности, вычисляемой по формуле 1:

$$\pm \left(32768\:Гц\times 20\times 10^{-6} \right)\:Гц=\pm 0.65536\:Гц\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

Такое отклонение приводит к уходу часов:

  • на 2 мкс за секунду;
  • на 1,73 с за сутки;
  • на 630 секунд (10,5 минут) за год.

Подобная погрешность кажется более-менее приемлемой для коммерческих приложений и прочих электронных устройств, работающих преимущественно при комнатной температуре, однако все гораздо хуже, если прибор работает при более низких или более высоких температурах. Дело в том, что для обычных часовых кварцевых резонаторов характерна сильная параболическая температурная зависимость частоты. Пример такой зависимости показан на рисунке 3 [1].

Рис. 3. Пример температурной нестабильности часового кварцевого резонатора

Рис. 3. Пример температурной нестабильности часового кварцевого резонатора

Температурная зависимость частоты часового кварцевого резонатора имеет параболическую форму с точкой перегиба 25°С. При достижении предельно низких и предельно высоких рабочих температур отклонение частоты может увеличиваться до ±150 ppm. Такое отклонение соответствует уходу часов на 13 секунд за сутки и на 1,3 часа за год.

Если устройство работает автономно, не имеет возможности синхронизации с внешним сервером и, в то же время, должно обеспечивать высокую точность измерения времени, то в таких случаях рекомендуется использовать термостабилизированные генераторы или термокомпенсированные резонаторы (Temperature-Compensated Crystal Oscillator, TCXO). В составе термокомпенсированных резонаторов присутствует встроенный датчик температуры, который позволяет компенсировать отклонение частоты, вызванное изменением температуры. В результате график температурной зависимости принимает плоский вид.

В качестве альтернативного варианта можно рассмотреть использование RTC со встроенным термокомпенсированным генератором, например, DS3231S производства Maxim Integrated.

Стоит отметить, что TCXO имеют два основных недостатка: повышенное потребление и высокую стоимость, что ограничивает их применение в коммерческих малопотребляющих устройствах с батарейным питанием.

Заканчивая разговор о температурной стабильности, следует упомянуть еще об одной неприятной особенности кварцевых резонаторов, а именно – об ухудшении температурной стабильности после пайки. О таком поведении резонаторов необходимо помнить и учитывать в приложениях, требующих высокой точности. В то же время RTC с МЭМС-резонаторами, например, DS3231M производства Maxim, свободны от этого недостатка.

Погрешность частоты также увеличивается в процессе старения кварцевого резонатора. Типовым является уход точности на 1 ppm в год. В качестве альтернативы можно использовать RTC с МЭМС-резонаторами, выпущенными компанией Maxim Integrated, для которых старение не превышает 1 ppm в течение всего срока службы.

Еще одним источником погрешности при работе с RTC могут стать помехи и неправильно выбранный резонатор. Подробнее об этом говорится в разделе «Что делать если возникли проблемы?».

Потребление. В последнее время все больше устройств переходит на батарейное и аккумуляторное питание. Причем речь не всегда идет о портативных приборах. Многие устройства используют батарейки и аккумуляторы в качестве резервных источников питания. Это, например, характерно для медицинской техники. Еще большее число устройств использует батарейки и аккумуляторы в качестве дежурных источников питания, например, компьютеры. Другой модной тенденцией последнего времени стало использование сверхмаломощных сборщиков энергии (термогенераторов TEG, виброгенераторов, солнечных батарей и прочего), которые вынуждают разработчиков применять электронные компоненты с минимальным собственным потреблением.

RTC не являются исключением: чем меньше потребляют часы реального времени, тем дольше прослужит батарейка. В этом смысле RTC производства Maxim Integrated являются чрезвычайно привлекательными. Например, типовое потребление MAX31342 составляет всего 150 нА (рисунок 4) При этом во всем диапазоне питающих напряжений и рабочих температур потребление не превысит 330 нА.

Рис. 4. Зависимость потребления MAX31342 от температуры и напряжения питания

Рис. 4. Зависимость потребления MAX31342 от температуры и напряжения питания

Для наглядности можно рассчитать длительность работы MAX31342 от обычной дисковой LiMnO2-батарейки CR1220. Возьмем для примера батарею R12 производства Renata со следующими параметрами: номинальное напряжение 3,0 В, напряжение разряда 2,0 В, емкость 35 мА⋅ч [5]. При разряде максимальным током 330 нА срок службы такой батарейки составит: 35 мА⋅ч/330 нА ≈ 106 061 часов ≈ 12,1 лет. При разряде номинальным током 150 нА срок службы превысит 26 лет.

Интересно, что саморазряд этой батарейки составляет 1% в год. Это эквивалентно разрядному току 39 нА, что всего в 4 раза меньше чем потребление MAX31342.

Габариты. Компактные размеры электронных компонентов имеют большое значение для современных портативных устройств. С одной стороны, использование малогабаритных компонентов позволяет уменьшить размеры печатной платы и тем самым снизить стоимость изделия. А с другой — благодаря компактным элементам удается ограничить массу и габариты самого устройства.

RTC производства Maxim отличаются сверхкомпактными габаритами. В частности, микросхема MAX31342 выпускается в восьмивыводном корпусе WLP с шагом выводов 0,5 мм и размером всего 1х2 мм, что позволяет умещать ее на печатной плате даже с жестким дефицитом свободного места.

Диапазон питающих напряжений. Чем шире диапазон питающих напряжений RTC, тем эффективнее используется емкость батарей и аккумуляторов. Это в первую очередь касается элементов питания с малым выходным напряжением.

В частности, MAX31342 имеет диапазон рабочих напряжений 1,6…3,6 В и может без проблем напрямую питаться от дисковых батареек 3 В, для которых напряжение разряда составляет 2,0 В. Причем данные MAX31342 будут сохранены, даже если напряжение питания упадет до 1 В.

Теперь, когда определены важнейшие характеристики RTC, нам осталось ответить на важный вопрос: зачем использовать микросхему RTC, если у большинства микроконтроллеров есть встроенные часы реального времени.

Часы реального времени: встроенные или внешние?

Для начала стоит отметить, что у большинства современных микроконтроллеров есть встроенные часы реального времени. Более того, встроенный блок RTC будет предпочтительным выбором для большинства приложений, так как он дает целый ряд преимуществ:

  • сохранение высокой точности измерений, так как точность определяется в основном погрешностью кварцевого резонатора;
  • возможность температурной компенсации за счет программной калибровки часового резонатора с помощью встроенных таймеров и прецизионных высокочастотных резонаторов;
  • упрощение трассировки печатной платы и уменьшение занимаемой площади;
  • снижение стоимости изделия за счет сокращения числа используемых компонентов.

Тем не менее, у внешних микросхем RTC есть одно важное достоинство, которое может сыграть решающую роль при выборе часов реального времени. Речь идет о возможности обеспечения очень малого потребления.

Собственное потребление встроенных RTC будет выше, чем у дискретных микросхем. Дело в том, что встроенные RTC, являясь частью архитектуры микроконтроллера, требуют работы некоторых вспомогательных системных компонентов. В результате потребление дискретных RTC, не имеющих на борту ничего лишнего, значительно меньше.

Например, как уже говорилось выше, типовое потребление MAX31342 составляет всего 150 нА при 3 В и температуре 25°С, а при 85°С – около 250 нА (рисунок 4). Для сравнения, один из лучших сверхмалопотребляющих контроллеров в режиме ожидания с активным RTC и питанием от дежурной батарейки (3 В) обеспечивает типовое потребление 376 нА при 25°С. Однако при температуре 85°С потребление увеличивается до 602 нА. Тот же самый микроконтроллер в режиме ожидания, но с отключенным RTC и питанием от дежурной батарейки (3 В), обеспечивает типовое потребление всего 6 нА при 25°С и 264 нА при температуре 85°С. Даже если прибавить к этому потребление MAX31342, то суммарное потребление системы окажется существенно ниже (соответственно, 156 и 514 нА), чем у микроконтроллера с активным встроенным RTC.

Стоит еще раз подчеркнуть, что мы рассмотрели пример одного из лучших сверхмалопотребляющих контроллеров. Для микроконтроллеров общего назначения все оказывается еще хуже, так как для них типовое потребление при питании от дежурной батарейки начинается от единиц мкА.

Как уже отмечалось выше, RTC производства Maxim требуют минимум внешних компонентов и занимают совсем мало места на печатной плате (рисунок 5), что позволяет использовать их даже при жестком ограничении свободного пространства.

Рис. 5. RTC от Maxim Integrated требуют минимум внешних компонентов

Рис. 5. RTC от Maxim Integrated требуют минимум внешних компонентов

Если при проектировании устройства было принято решение использовать внешнюю микросхему RTC, то прежде чем выполнять трассировку и компоновку печатной платы, следует внимательно ознакомиться с рекомендациями Maxim Integrated.

Особенности компоновки и трассировки печатной платы с RTC

На точность RTC сильное влияние оказывает качество согласования резонатора и нагрузочных емкостей. К сожалению, подбор емкостей осложняется наличием паразитной емкости печатной платы. Эту емкость необходимо по возможности минимизировать. Еще одной проблемой, препятствующей работе RTC, становятся помехи. Таким образом, только правильная трассировка и компоновка печатной платы позволят обеспечить приемлемый результат.

Подробный анализ процесса проектирования устройств с RTC рассматривается в руководствах Maxim Integrated, например, в [2]. Приведем только основные рекомендации, которые позволят избежать большей части проблем:

  • Размещайте выводы кварцевого резонатора максимально близко к выводам Х1 и Х2 микросхемы RTC. С одной стороны, это уменьшит длину проводников, которые выступают в роли антенн и собирают шумы со всей схемы. А с другой – малая длина проводников позволит уменьшить паразитную емкость печатной платы, и тем самым снизить ее влияние на согласование кварцевого резонатора и нагрузочных емкостей.
  • По тем же причинам рекомендуется использовать минимально возможную ширину проводников и минимальную площадь контактных площадок RCT и резонатора.
  • Если на плате есть свободное место, следует окружить резонатор защитным контуром, подключенным к земле. Это позволит дополнительно уберечь чувствительный вход RTC от внешних шумов.
  • Убедитесь, что ни на одном слое печатной платы под кварцевым резонатором и проводниками, соединяющими его с RTC, нет других проводников. Чем дальше резонатор будет от других цепей, тем лучше. Рекомендуемое расстояние от проводников резонатора до ближайшей цифровой цепи – не менее 0,2 дюйма (5,08 мм).
  • RTC и резонатор следует размещать максимально далеко от источников радиочастотных помех.
  • В некоторых случаях под резонатором рекомендуют расположить полигон, подключенный к земле. Однако этот полигон должен располагаться только под резонатором, не выходя слишком сильно за его пределы.

Если вы выбрали кварцевый резонатор в соответствии с требованиями Maxim Integrated (таблица 1), после чего выполнили трассировку печатной платы с учетом предложенных рекомендаций, то риск возникновения проблем минимален. Тем не менее, если проблемы все-таки возникнут, следует установить их источник.

Что делать, если возникли проблемы?

Так как вход RTC имеет очень высокий импеданс (более 9 ГОм), печатные проводники могут выступать в качестве антенны, принимающей шумы со всей платы. Помехи при этом могут восприниматься как тактовые импульсы и ускорять счет времени или, наоборот, кратковременно блокировать RTC, тем самым замедляя счет.

При возникновении проблем необходимо определить реальную частоту резонатора. К сожалению, частоту кварцевого резонатора нельзя измерять на выводах X1 и X2. Это связано с тем, что измерительные щупы имеют слишком высокую емкость и могут исказить сигнал. В качестве альтернативы можно использовать буферизированный сигнал на выходе RTC, разумеется, если такой выход есть. Например, MAX31342 позволяет выводить собственный опорный сигнал на выход CLKOUT.

Существует еще один простой и надежный способ контроля. Чтобы проверить, правильно ли работают часы реального времени, необходимо измерить реальную тактовую частоту RTC с помощью следующего алгоритма:

  1. включите питание системы и синхронизируйте RTC с калиброванным таймером;
  2. выключите питание системы, оставив только дежурное питание для RTC;
  3. выполняйте счет времени в течение значительного промежутка времени (час, сутки и так далее). Чем больше период измерения, тем легче определить отклонение;
  4. сравните показания RTC и калиброванного таймера;
  5. выполните повторную синхронизацию RTC с калиброванным таймером;
  6. включите питание системы и выполняйте повторное измерение времени в течение такого же промежутка времени (час, сутки и так далее);
  7. сравните показания RTC и калиброванного таймера;
  8. сравните величины отклонений, полученных в пунктах 4…7.

Если отклонения в обоих случаях были одинаковыми, то погрешность измерений не связана с шумами схемы. И наоборот, если отклонения оказались разными, то это означает, что собственные шумы схемы влияют на работу RTC.

Существует несколько вариантов дальнейших действий:

  • Часы идут быстрее. Причинами ускорения может быть то, что:
  • шумы схемы вызывают ложные срабатывания счетчика импульсов. Следует еще раз проанализировать компоновку и трассировку печатной платы;
  • резонатор выбран или согласован неверно. Обычно RTC начинает считать быстрее, если нагрузочная емкость резонатора оказывается больше рекомендуемого значения. Например, если к RTC с рекомендуемым значением нагрузочной емкости 6 пФ подключить резонатор с емкостью 12 пФ, то это приведет к ускорению счета на 3…4 минуты в месяц. В таких случаях следует поменять резонатор с учетом рекомендаций Maxim Integrated (таблица 1).
  • Часы идут медленнее. Причинами замедления может быть то, что:
  • имеются мощные помехи на входе RTC. Если амплитуда помехи на входе RTC превышает напряжение питания VDD, то открывается встроенный защитный диод, и работа генератора блокируется до тех пор, пока амплитуда сигнала на входе микросхемы не опустится ниже VDD. Таким образом, при систематическом появлении мощных помех может наблюдаться очень значительная погрешность счета. В таких случаях следует еще раз проанализировать компоновку и трассировку печатной платы;
  • резонатор выбран или согласован неверно. Рассогласование нагрузочной емкости может привести к замедлению счета. В таких случаях следует поменять резонатор с учетом рекомендаций Maxim Integrated (таблица 1);
  • влияет паразитная емкость платы. При большой паразитной емкости печатной платы скорость счета уменьшается. В таких случаях следует еще раз проанализировать компоновку и трассировку печатной платы;
  • нагревается резонатор. При наличии мощных источников тепла резонатор неизбежно нагревается, что вызывает значительное отклонение частоты. В таких случаях следует расположить резонатор как можно дальше от источников тепла.
  • Часы не идут. Причинами проблемами могут быть:
  • неправильная настройка RTC;
  • непропай при монтаже резонатора;
  • разрушение резонатора. Большинство резонаторов запрещает использование ультразвуковой чистки платы после монтажа. Чистку платы от флюса рекомендуется проводить, но другими методами, чтобы исключить увеличение токов утечки на высокоомном входе RTC.

Несмотря на столь внушительный список проблем, в большинстве приложений работа с RTC не представляет особой сложности. Если же у вас появляются опасения, или предполагается работа платы в особых условиях (при повышенных/пониженных температурах, при высокой влажности и прочем), то на первом этапе можно воспользоваться готовым решением в виде отладочной платы. В качестве примера рассмотрим отладочную плату MAX31342EWA+T.

Обзор отладочной платы MAX31342EWA+T

Отладочная плата MAX31342EWA+T (рисунок 6) содержит на борту часы реального времени MAX31342EWA+, часовой кварцевый резонатор ECS-.327-6-12 производства ECS, микросхемы сдвига уровня NLSX4373DR2G, джамперы и колодку для установки MAX32625PICO [6]. MAX32625PICO позволяет подключать отладочную плату к ПК с помощью USB.

Рис. 6. Внешний вид отладочной платы MAX31342EWA+T

Рис. 6. Внешний вид отладочной платы MAX31342EWA+T

Для настройки работы MAX31342EWA+ используется специальное графическое ПО (рисунок 7), что существенно упрощает исследование возможностей RTC. Подробнее о возможностях этой отладочной платы можно узнать из демонстрационного видео [7].

Рис. 7. Прикладное ПО для работы с MAX31342EWA+T

Рис. 7. Прикладное ПО для работы с MAX31342EWA+T

Заключение

Часы реального времени являются важным элементом для широкого спектра устройств, начиная от настольных ПК и медицинской техники, и заканчивая промышленным оборудованием и портативными электронными устройствами.

Несмотря на целый ряд достоинств встроенных RTC, именно дискретные микросхемы RTC становятся оптимальным выбором при необходимости обеспечения минимального потребления.

Компания Maxim Integrated предлагает микросхемы RTC, которые отличаются минимальным потреблением и сверхкомпактными размерами. В частности, типовое потребление для RTC MAX31342 составляет всего 150 нА.

Литература

  1. Low-Current, Real-Time Clock with I2C Interface.
  2. Application note 58. Crystal considerations with Maxim Real-Time Clocks (RTCS).
  3. Камертон для электроники: тактирующие компоненты производства NDK.
  4. TUTORIAL The What, Why, When, Where and How of Real-Time Clocks (RTCs).
  5. Батарейка LiMnO2 типоразмера R12 от Renata.
  6. MAX31342 SHIELD. Evaluates: MAX31342.
  7. Enabling a Healthier World with the MAX30101 Biosensor Solution and Raku-Raku.
  8. https://www.maximintegrated.com
•••

Наши информационные каналы

О компании Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated является одним из ведущих разработчиков и производителей широкого спектра аналоговых и цифро-аналоговых интегральных систем. Компания была основана в 1983 году в США, в городе Саннивэйл (Sunnyvale), штат Калифорния, инженером Джеком Гиффордом (Jack Gifford) совместно с группой экспертов по созданию микроэлектронных компонентов. На данный момент штаб-квартира компании располагается в г. Сан-Хосе (San Jose) (США, Калифорния), производственные мощности (7 заводов) и ...читать далее

Товары
Наименование
MAX31342EWA+T (MAX)
MAX31342SHLD# (MAX)
MAX31342EWA+ (MAX)