在数字世界里,时间无处不在。不仅有为微控制器生成振荡和定时基准的高速时钟,还有和其它钟表一样提供日期和时间的实时时钟 (RTC)。绝大多数微控制器带有内嵌的 RTC,以满足多种应用需求。但是对于要求很高的应用来说,就必须使用独立的 RTC了。
十年前,一个集成了 RTC 的微控制器要消耗数 µA 的电流,而且只能通过一个较大的 32kHz 晶体发生振荡。确实,小晶体具有较高的串联电阻,约为 70 kΩ(大晶体约为 30 kΩ),而微控制器振荡器的功率不足以确保让高电阻晶体发生振荡。从那时起,NXP 的 PCF8563 和 STMicroelectronics 的 M41T00S 成为了市场的标杆,直到今天仍在广泛使用。
微控制器的 RTC 稳定性已经有了改善,现在的 RTC 配备高电阻水晶时也仅消耗 300nA 左右的电流 ,但新的情况仍可能让使用独立 RTC 成为必需。
在可穿戴设备中,电池电压可能高于一个常见最大电压元器件所能承受的 3.6V。为了优化电池寿命,得益于一个断路器,RTC 可接受更高的电压输入,并可通过在固定时间打开电源来唤醒应用。甚至都无需在电路板上分配额外的空间。世界上最小的 32kHz 晶体是 Epson 的 FC12-M,其尺寸仅为 2.05 x 1.2 mm, 但其振荡器需要两个额外的电容。它与 STMicroelectronics 的 M41T62LC 相比甚至占用更多的空间,而后者是个内嵌晶体的 3.2 x 1.5 mm 的 RTC。
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32kHz 晶体在 25C 时的精度通常可达+/- 35ppm,任何温度下的温度漂移超过 100pm。作为对照,100ppm 的误差就是每个月超过 4 分钟,这么大的误差对于像水电费账单这种无法通过网络同步的应用来说是无法接受的。内置晶体让我们可以设计含有温度补偿晶体 (TCXO) 的 RTC。Epson 的 RX8900 或 NXP 的 PCF2129T 是含有 TCXO 的 RTC,后者可在 -30 到 80C 之间确保 +/-8ppm(即每月 21 秒)的精度。
独立 RTC 也在持续优化功耗。PCF2123, 由 NXP 推出,可在 25C 使用低电阻晶体时消耗低至 100nA 电流。至今尚无微控制器可以达到这样的性能,而新的安全应用需要超低功耗。譬如,在新的智能卡中,CCV 代码(支付卡背面的 3 位数字)每隔 20 分钟动态更改。显然,卡片中插入的超薄电池是不可移除的,因此超低功耗非常重要。
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最后,在石油行业中,RTC 模块需要面对极端温度的使用环境。石油的勘探不断向地下深挖,温度也随之急剧升高。在这个行业中,175C 是很常见的情况。但更让人惊叹的是,有些工业 RTC 模块可以耐受 200-225C 的高温。