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【嵌入式设计经验】RTC时钟偶发性延时或超时该怎么办?-亚博网站app
2021-04-25 [8103]
本文摘要:案例情况工控板用于了NXP的PCF8563RTC芯片方案,在研发做到环境温度摸底测试的时候,RTC时钟经常出现偶发性延时或者落后现象,于是研发进行一系列的问题定位。

案例情况工控板用于了NXP的PCF8563RTC芯片方案,在研发做到环境温度摸底测试的时候,RTC时钟经常出现偶发性延时或者落后现象,于是研发进行一系列的问题定位。排查分析1、工控板用于了NXP的PCF8563RTC芯片方案,该方案是外置32.768kHz的石英晶体和电容,该RTC芯片的输出精度各不相同其外接的石英晶体输入的时钟频率否精准。石英晶体本身输入频率具有一定的误差,常温25℃下,频率的误差为±20ppm,平均误差平均5分钟/年。且随着时间的减少,晶体电路元件的较慢变化不会导致长期性的频率飘移。

同时,在外部温度更为极端的时候,时钟波动电路有可能出现异常,影响到RTC的长时间计时。2、工控板RTC芯片供电电池搭配了型号为CR2032的锂二氧化锰电池,该电池理论工作温度范围是-30℃~60℃。和其他锂电池类似于,若外部温度更为极端的时候,不会转变其内部的化学反应,造成电池寿命的减少或者电压出现异常的风险,从而影响RTC电路的长时间工作。

图1PCF8563参照电路图解决方案无限大温度下长时间的高精度确保,有以下的解决方案:1、自由选择具有温度补偿的RTC芯片如EPSON的RX-8025T。这款芯片是内置32.768kHz的晶体,具备高精度的温度补偿功能,输入的波形都是经过温度补偿校准过的,这样可以提升RTC的稳定性和精度。因为嵌入的晶体早已经过高温老化处置,比独立国家的晶体有更佳的稳定性,精度误差在-40℃~85℃范围内大于±5ppm。

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2、自由选择工业级电池(例如:FANSOER14505)。理论上在工作温度-40~85°范围内能长时间工作。参照电路图如图2右图:图2RX-8025T参照电路图由图2由此可知,RTC芯片工作电源由系统VCC_3.3电源和电池电源两部分构成。此电源电路的设计目的是若有外部电源供电时,RTC时钟工作时用于由外部电源经LDO转化成而来的VCC_3.3电源,当外部电源暂停供电时就自动转换到电池电源供电。

这样可以确保RTC芯片仍然需要长时间地工作,同时可以缩短电池的用于时间。此电路的设计如以下所述:1、电源转换电路设计由RX-8025T芯片的数据手册上由此可知:其工作电压范围是1.7V到5.5V;系统电源为3.3V、工业级电池ER14505电压为3.6V;可以通过二极管的于是以一行合特性来自动转换系统电源和电池电源的供电状态,使得RTC芯片需要维持长时间工作状态。由于系统电源电压为3.3V,电池电压为3.6V;如果要做优先用于系统电源,那么就必须系统电源经过二极管后的电压比电池经过二极管后的电压要低,这样才能确保由系统电源优先工作。可以通过自由选择两只有所不同管压降的二极管来构建,二极管SS14的于是以一行合电压为0.2V左右,1N4148的于是以一行合电压为0.7V左右。

那么可以在系统电源线路上串联一只SS14二极管,而在电池供电线路上串联一只1N4148二极管;这样当外部供电时,系统电源经过SS14后获得的电压值小于电池经过1N4148后的电压值,此时由主电源供电;当外部电源暂停供电后,电路自动转换成电池供电状态。图3电源转换电路2、电压迟缓处置ER14505电池是一种供电电压为3.6V,容量为2700mAh的锂亚硫酰氯电池;它的自身容量损耗大于,可以忽略不计。

以待机电流为20uA计算出来,电池的供电可以约15年左右。但是在实际应用于中,找到在系统电源长年供电后,忽然转换到电池供电时再次发生电压严重不足,造成RTC时钟出现异常,其根本原因是电池再次发生了腐蚀现象。当RTC芯片由系统电源供电时,锂电池相等于闲置开路,如果电池闲置的时间过长,那么电池的内部不会产生腐蚀膜,而转换到锂电池供电时,如果迟缓的电压高于时钟芯片的工作电压,那么时钟芯片就不会几乎“失压”,系统时钟就不会完全恢复到初始时间,造成时钟工作出现异常。为了避免这种现象的影响,我们可以通过在时钟芯片的电源上减少储能电容,以避免这种影响。

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图4电压迟缓处置电路图3、掌控腐蚀膜分解电池的腐蚀膜是由于电池长时间正处于闲置开路状态而构成的,那么我们可以使电池仍然保持在一个较小的电流静电工作状态,这样可以减慢电池的腐蚀膜分解的速度。通过自由选择适合的电阻值,使电池正处于静电状态,比如静电电流掌控在待机电流20uA左右,这样电池容量充足承托15年左右,同时会使腐蚀膜过薄而经常出现电压迟缓造成RX-8025T几乎掉电现象,从而影响RTC时钟的长时间工作。当系统电源供电时,Q1导通,由电池BT1、R1、Q1构成电路,构建电池的静电状态;当系统电源暂停供电时,Q1截至,电池经过D2给RTC芯片U1供电。

经测算时钟芯片及电池内阻自放电的电流为8uA左右,那么我们必须掌控的电阻R1的阻值为3.6V/(20-8)uA=300k。图5掌控腐蚀膜电路图4、PCB设计在PCBlayout的时候必须留意RX-8052T与MCU的I2C走线应当越高就越好,并且靠近高频、低电流的信号线。同时旁路电容也应当附近RX-8025T的电源末端,并减少地线的屋铜的面积,以避免阻碍的产生。

总结ZLG定远电子嵌入式产品经过将近二十年的设计经验累积,从产品的RTC时钟,电源管理,ESD防水电路,各类通讯模块等方面全面确保产品的稳定性。定远电子从2001年从8位单片机方案设计开始,逐步掌控ARM7、ARM9、Cortex-A7、A8、A9、M7以及最前沿的A53等ARM体系的处理器应用于技术,享有全系列的工业级ARM核心板与工控机。同时,基于对嵌入式技术的解读与累积,我们自律研发下一代软件开发平台—AWorks实时操作系统,协助用户基于平稳的软硬件平台较慢构建产品开发,基于ZLG工业级核心板/工控板研发的产品已普遍应用于电力、轨道交通、工业现场、医疗等对产品可靠性拒绝更为严苛的场合,并不断深入为各行业获取整套行业应用于解决方案。


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