Por medio del uso de un Reloj en tiempo real (RTC), el dispositivo electrónico tendrá la fecha y la hora disponibles al momento de activarse, sin tener que hacer referencia a una fuente externa. El RTC debe poder funcionar sin fallas, incluso si se retira la tensión externa de la unidad por meses o, incluso, años.
No debe confundirse un Temporizador de microcontrolador con un Reloj en tiempo real (RTC)
.La mayoría de los microcontroladores incluye una función de temporizador que cuenta el tiempo que transcurre desde el momento en que se enciende la unidad. Debido a que regresa a cero cada vez que se apaga la unidad, no puede funcionar como un verdadero RTC. Un Reloj en tiempo real verdadero bien podría ser lo único que permanezca encendido y funcione cuando se retira la energía del sistema del dispositivo y, por este motivo, suele implementarse en un chip individual que cuenta con una pequeña batería destinada exclusivamente a este fin.
Debido a que debe funcionar durante un período de tiempo extendido, para el RTC, así como para su pequeña fuente de energía, es fundamental el bajo consumo. A fin de conservar la energía de la batería, el RTC funcionará normalmente haciendo uso de la energía del sistema y solo recurrirá a la batería cuando no haya energía del sistema porque se lo ha apagado.
Todo se basa en un oscilador
El elemento clave de un RTC es el oscilador de cristal, que suele funcionar a 32.768 kHZ, ya que, así, presenta un práctico funcionamiento de 215 pulsos por segundo. El cristal, al igual que la batería, puede estar incorporado en el Reloj en tiempo real o proporcionarse de manera externa. Por supuesto, el tamaño del chip del RTC que incorpore más elementos a nivel interno será más grande que una versión básica.
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El modelo BQ32002DR de Texas Instruments es un Reloj en tiempo real disponible en Arrow Electronics. Si bien este dispositivo de 8 pines viene con un paquete SOIC y no contiene batería interna de respaldo o un cristal, viene en un paquete que ocupa 20 milímetros cuadrados del espacio amplio.
En la hoja de datos del dispositivo, se indica que utiliza el bus de datos serie I2C estándar de la industria para transmitir información sobre la hora al sistema en gran medida o para recibir información relacionada con la fecha y la hora correctas por parte del usuario. El modelo BQ32002DR se coloca automáticamente en modo de espera cuando se produce una caída en la tensión del sistema por debajo de un umbral de tensión establecido. Cuando se encuentra en ese estado, solo disipa corriente de la orden de un microampere. Tenga en cuenta que, en lugar de una batería, esta unidad puede utilizar un supercapacitor de 0.22 Farad.
Figura 1: Diagrama de bloques del modelo BQ32002DR (Fuente: Texas Instruments)
Ahora, muchos Relojes en tiempo real más nuevos incluyen la capacidad adicional de encender por sí mismos el VCC del sistema y, así, lo "activan" de manera efectiva. El RTC realiza esta acción por medio de subtemporizadores internos, programables por el usuario.
El desafío de los usables
El modelo M41T62LC6F de STMicroelectronics es un chip de Reloj en tiempo real que forma parte de una nueva colección de dispositivos diseñados para su incorporación en dispositivos usables. Aquí, los desafíos que se presentan son una huella reducida y, por sobre todas las cosas, baja energía. El dispositivo ocupa aproximadamente 5 milímetros cuadrados, utiliza 350 nanoamperes de corriente en modo de espera y puede funcionar en modo de espera con una tensión de tan solo un voltio. Este RTC incluye su propio oscilador de cristal, a pesar de su huella minúscula.
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En la hoja de datos del modelo M41T62LC6F, se informa que es parte de la familia de dispositivos M41T6x. El modelo M41T62LC6F hace uso de un bus de datos de la serie I2C de 400 kHz para comunicarse con el CPU. Increíblemente, a pesar de su pequeño tamaño, esta unidad incorpora una función de alarma para activar el sistema en horarios preelegidos. Este Reloj en tiempo real cuenta con ocho registros internos que incluyen el siglo, el año, el mes, el día, el día de la semana, la hora, los minutos y, por último, los segundos: todo en formato BCD.
Un paso adelante
En muchos tipos de aplicaciones electrónicas, solo el Controlador en tiempo real necesita funcionar con una corriente muy baja, ya que, cuando el dispositivo vuelva a encenderse, tendrá acceso a la energía común del sistema. No obstante, en el nuevo mundo actual de los usables y los IoT, solo estará disponible la energía ultrabaja, independientemente de que el dispositivo se encuentre en modo inactivo o de operación completa. Por tal motivo, tiene sentido analizar la incorporación del RTC en el mismo chip de baja energía que aloja al microcontrolador. STMicroelectronics cumple con este objetivo con su familia de microcontroladores STM32L4 , que cuentan con RTC incorporados, disponibles en Arrow Electronics.
Cinco aspectos fundamentales a tener en cuenta a la hora de elegir un RTC para su próxima aplicación
1) ¿Cuánta energía necesita el RTC en modo de espera?
2) ¿Incluye el RTC una batería interna?
3) ¿Hay un cristal interno?
4) ¿Será necesario para la última implementación del dispositivo que se encienda de manera automática en horarios específicos?
5) ¿Es físicamente pequeño y lo suficientemente liviano para IoT y dispositivos usables?
Nuevos desarrollos en Relojes en tiempo real
Con la llegada de Internet de las cosas (IoT) y los dispositivos usables, los nuevos pedidos de instrucción deben ser más pequeños, más baratos y, por sobre todas las cosas utilizar menos energía. A diferencia del entorno de escritorio o, incluso, del mundo actual de dispositivos móviles, la energía disponible para todos los usos en estos nuevos tipos de dispositivos será extremadamente limitada, incluso con el dispositivo activo.
Como ya vimos, los cambiantes aspectos de diseño hacen que sea lógico, en ciertos casos, incluir el RTC en el chip del microcontrolador y no como un componente individual. Los nuevos RTC deberán ahorrar energía, no solo en modo de espera, sino también cuando ellos y sus dispositivos se encuentran activos. Hacer frente a este nuevo y extremo desafío energético delineará el futuro desarrollo de los Relojes en tiempo real.