Un dispositivo elettronico, grazie all’utilizzo di un RTC/Real Time Clock, avrà sempre a disposizione la data e l’ora al momento dell’accensione, senza dover far riferimento a fonti esterne. Il funzionamento dell’RTC deve essere perfetto, anche nei casi in cui l’alimentazione esterna è rimossa dall’unità per mesi o anche anni.
Il timer di un microcontroller non deve essere confuso con un RTC/Real Time Clock
La maggior parte dei microcontroller includono una funzione timer che conta il tempo trascorso dall’accensione dell’unità. Dato che ritorna a zero quando l’unità è spenta, non può funzionare come un vero RTC. Un vero Real Time Clock può effettivamente essere il solo dispositivo acceso e funzionante quando l’alimentazione generale del sistema è rimossa. Per questo motivo, il clock è spesso implementato su un chip separato, alimentato da una piccola batteria dedicata esclusivamente a questo scopo.
A causa del periodo di tempo prolungato durante il quale l’RTC deve funzionare, e alla fonte di alimentazione ridotta, è essenziale che i consumi siano estremamente ridotti. Per poter risparmiare la carica della batteria, l’RTC deve funzionare normalmente utilizzando l’alimentazione del sistema, e utilizzare la batteria solo in assenza dell’alimentazione del sistema quando spento.
Tutto basato su un oscillatore
Il componente principale di un RTC è un oscillatore a cristallo, che spesso funziona a una frequenza di 32.768 kHz, dato che questo si traduce convenientemente in 215 impulsi al secondo. Il cristallo, come la batteria, può essere integrato nel Real Time Clock, o deve essere fornito esternamente. Naturalmente, le dimensioni di un chip RTC che integra più elementi saranno maggiori di una versione essenziale.
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Il BQ32002DR della Texas Instruments è un Real Time Clock di base disponibile dalla Arrow Electronics. Anche se questo dispositivo a 8 pin è fornito in una confezione SOIC e non contiene al suo interno una batteria di backup o un cristallo, le sue dimensioni occupano appena 20 millimetri quadrati di spazio su scheda.
La scheda dati del dispositivo illustra che impiega il bus dati seriale standard di settore I2C per trasmettere le informazioni relative al tempo al sistema o per ricevere quelle corrette su data e ora dall’utente. Il BQ32002DR entra automaticamente in modalità standby quando la tensione del sistema cade sotto una soglia di tensione definita e in questo stato, dissipa solo corrente nell’ordine di un microampere. Notare che in vece di una batteria, questa unità può utilizzare un supercondensatore da 0,22 Farad.
Figura 1: Diagramma a blocchi del BQ32002DR. (Fonte: Texas Instruments)
Diversi Real Time Clock di nuova concezione comprendono ora la capacità integrata di accendere la VCC del sistema, effettivamente attivandolo. A tale scopo, l’RTC utilizza timer interni secondari, programmabili dall’utente.
La sfida posta dai dispositivi indossabili
Il M41T62LC6F della STMicroelectronics è un Real Time Clock che rappresenta una delle nuove tipologie di dispositivi progettati per essere incorporati in dispositivi indossabili. Le sfide poste in questo contesto sono ingombri e, soprattutto, consumi ridotti. Questo dispositivo occupa 5 millimetri quadrati circa, assorbe 350 nanoampere di corrente in modalità standby e può funzionare in tale modalità già da una tensione di un volt. Nonostante l’ingombro ridotto, questo RTC comprende il suo oscillatore a cristallo.
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La scheda dati del M41T62LC6F illustra che fa parte della famiglia di dispositivi M41T6x. Il M41T62LC6F utilizza un bus dati seriali I2C a 400 kHz per le comunicazioni con la CPU. Incredibilmente, a dispetto delle dimensioni ridotte, questa unità incorpora una funzione di allarme per attivare il sistema in tempi prestabiliti. Questo Real Time Clock comprende otto registri interni nei quali sono memorizzati, in formato BCD, secolo, anno, mese, giorno, giorno della settimana, ora, minuto e infine secondo.
Un’ulteriore miglioria
In molti tipi di applicazioni elettroniche, il solo componente che deve funzionare con una corrente ridotta è il Real Time Clock, dato che al momento della riaccensione del dispositivo, potrà alimentarsi dalla normale tensione del sistema. Tuttavia, nella realtà moderna dei dispositivi indossabili e della IoT, sia che il dispositivo sia in pausa che pienamente funzionante, la potenza disponibile sarà estremamente bassa. Per questo motivo, è bene considerare che l’RTC sia integrato nello stesso chip a bassa potenza che ospita il microcontroller. STMicroelectonics offre questa soluzione con la famiglia di microcontroller STM32L4 con RTC onboard, disponibile da Arrow Electronics.
5 considerazioni chiave per selezionare un RTC per la prossima applicazione
1) Quanta potenza richiede l’RTC durante la modalità standby?
2) L’RTC include una batteria interna?
3) È presente un cristallo interno?
4) Quando sarà distribuito, il dispositivo dovrà essere acceso automaticamente a determinate ore?
5) È dimensionalmente abbastanza piccolo e leggero per i dispositivi IoT e indossabili?
Nuovi sviluppi nei Real Time Clock
Con l’avvento di Internet delle cose (IoT) e dispositivi indossabili, i progettisti devono pensare a ridurre le dimensioni, i costi e, aspetto più importante, consumare meno potenza. A differenza dell’ambiente desktop o anche del mondo dei dispositivi mobili attuali, la potenza disponibile per tutti gli usi in questi nuovi tipi di dispositivi sarà estremamente limitata, anche quando il dispositivo è attivo.
Come abbiamo visto, se cambiano le considerazioni di progettazione, è logico che, in alcuni casi, l’RTC sia incluso nel chip del microcontroller e non come parte separata. I nuovi RTC dovranno conservare potenza non solo quando in standby, ma anche quando saranno attivi, insieme al dispositivo. Lo sviluppo dei Real Time Clock sarà modellato dalla ricerca atta a soddisfare queste nuove sfide estreme di potenza.