Benötigt Ihr System eine RTC-Modul-Schaltung?

Immer wenn Sie in Ihrem digitalen System die Zeit im Blick behalten müssen, müssen Sie Taktimpulse in ein Datum und eine Uhrzeit umwandeln. Es reicht nicht aus, auf einem Uhrenkreis zu laufen, die Umwandlung erfordert etwas digitale Arithmetik und das Vergleichen einer Anzahl von Taktimpulsen mit einem Referenzdatum. Da jede gute Uhr in Ihrer Elektronik unabhängig davon funktionieren sollte, ob das Gerät in Gebrauch ist oder nicht, benötigen Sie auch eine dauerhafte Stromquelle für Ihr Zeitmodul.

Anstatt einen Kristall oder einen Oszillatorschaltkreis an einen MCU anzuschließen, können Sie in Ihrem Board ein Echtzeituhr (RTC)-Modul verwenden, um eine genaue Zeitmessung zu ermöglichen. Diese kleinen Chips bieten eine einfache Möglichkeit, die Zeit in einem digitalen System zu verfolgen und die Daten über eine standardmäßige Schnittstelle mit niedriger Geschwindigkeit an einen MCU zurückzugeben. Hier sind einige Anwendungen, die ein RTC-Modul benötigen, und einige beliebte Optionen für diese Schaltkreise.

RTC-Modul-Schaltungsentwurf

RTC-Module sind sehr einfach und kommen in kleinen Größen. Sie haben auch einen sehr niedrigen Stromverbrauch, da sie im Allgemeinen nur einen Taktimpuls von einem Kristall oder Oszillatorschaltkreis lesen müssen. Die besten RTC-Module bieten mindestens ein Jahrzehnt genauer Zeitmessung mit einer einzigen Knopfzellen-Backup-Batterie und können bei Verfügbarkeit mit der Hauptsystemleistung betrieben werden. Diese einfache Fähigkeit könnte in einen MCU integriert sein, aber nicht alle Systeme benötigen einen großen MCU mit einem integrierten RTC-Schaltkreis.

Das untenstehende Schaltbild zeigt eine einfache RTC-Modul-Schaltung mit einem beliebten IC, dem DS1307 von Maxim Integrated. Nicht referenzierte Taktimpulse werden diesem Modul von einem 32,768 kHz Takt zugeführt, und die Taktimpulse werden intern im DS1307 auf ein spezifisches Datum bezogen. Von dort aus können die Daten von einem externen MCU über I2C abgefragt und im Speicher des MCU gespeichert werden. Dies ist im Grunde der gleiche Prozess, den andere MCUs mit einem internen Oszillator und RTC-Schaltkreis verwenden würden, um die Zeit als Teil ihrer Firmware zu verfolgen.

Beispiel einer RTC-Modul-Schaltung zur Verwendung als Systemuhr für einen ATTiny85 MCU.

Im obigen Schaltbild ist die einzige weitere bemerkenswerte Komponente der ATTiny85 MCU. Dieser MCU hat einen kleinen DIP-Fußabdruck, internes EEPROM mit 100.000 Lösch-/Schreibzyklen, internen Flash und internen SRAM. Diese spezielle Implementierung ist Teil eines Stromüberwachungs- und -verfolgungsschaltkreises für ein Kundenprojekt, aber es illustriert einige besondere Fälle, in denen ein größerer MCU nicht notwendig ist und ein kleinerer MCU, Backup-Batterie und RTD-Modul-Schaltung die benötigte Funktionalität bieten.

Warum ein RTC-Modul-Schaltkreis anstelle eines MCU verwenden?

Das oben erwähnte Stromprodukt benötigt aus mehreren Gründen keinen großen MCU. Einige gängige Gründe sind unten aufgeführt und könnten auch auf Ihr nächstes System zutreffen.

System kennzeichnet und speichert nur Daten. Dies ist eine typische Aufgabe für Sensor-Node-Boards, bei denen Daten möglicherweise mit einem Zeitstempel und einigen anderen Kriterien versehen werden, die durch Logikschaltungen ausgelöst werden. Die Daten können dann über SPI in Flash gespeichert werden. Dies erfordert keinen leistungsstarken MCU, solange der MCU über eine SPI-Bus-Schnittstelle oder eine andere Schnittstelle mit niedriger Geschwindigkeit verfügt (z. B. I2C im obigen Beispiel).

Kernfunktionen sind in andere integrierte Schaltkreise eingebaut. Im Beispiel des Stromüberwachungsboards, auf das ich oben Bezug genommen habe, mussten wir die Logik für das Erfassen und die Steuerungsschleifen nicht in einen einzigen MCU integrieren. Dies hätte etwas Platz gespart, aber das Erstellen der Firmware wäre wie das Neuerfinden des Rades. Viele dieser Funktionen sind in COTS Strommanagement-ICs eingebaut.

Intermittierende Stromversorgung. Wenn das Gerät jemals offline gehen muss oder Sie erwarten, dass der Stromzugang intermittierend sein wird, dann können Sie sicherstellen, dass Sie dank einer Batterieunterstützung weiterhin die Zeit in Ihrem System verfolgen können. RTC-Modulschaltungen können leicht mit einer Knopfzellenbatterie verbunden werden und können mehrere Jahre ohne Aufladen oder Austausch laufen. Dies bedeutet auch, dass das System keine zusätzliche Regler-/Managementeinheit benötigt, um mit Batteriestrom zu arbeiten. Im Gegensatz dazu verschwendet die Verwendung eines MCU für die Zeitmessung bei Batteriebetrieb Batterielebensdauer, daher lohnt es sich, unabhängig davon einfach einen kleinen RTC-Modulschaltkreis zu verwenden.

Beliebte RTC-Komponenten

Maxim Integrated, DS1307 und DS3231

Diese beiden RTC-Module sind wohl die beliebtesten RTC-Module für eine Reihe von Geräten. Der DS1307 IC (im obigen Schaltplan gezeigt) ist eine minimale Komponente, die nur eine I2C-Schnittstelle, einen Rechteckwellenausgang, einen Backup-Batteriemanagement-Controller und Eingänge für einen externen Oszillator umfasst. Das DS3231 RTC-Modul ist eine leistungsfähigere Version, die immer noch über I2C kommuniziert, aber es enthält einen integrierten Oszillator, eine Reset-Funktion über einen externen Pin und Rechteckwellen-/32.768 kHz Oszillatorausgänge.

DS3231 Anwendungsschaltkreis. Aus dem DS3231 Datenblatt.

Maxim Integrated, MAX31341BEWC

Dieses spezielle RTC-Modul ist Maxims kleinste RTC-Komponente bis dato und bietet einen extrem niedrigen Stromverbrauch von 180 nA. Diese Komponente verfügt auch über integrierte Alarmfunktionen neben den Standard-Zeitmessfunktionen, die über I2C zugänglich sind. Die Komponente kann auch an eine Referenzuhr mit verschiedenen Standardfrequenzen gesperrt werden, wodurch die Uhrzeitgenauigkeit durch die externe Quelle bestimmt wird. Zielanwendungen umfassen medizinische Geräte, Wearables, Telematik und ähnliche Bereiche.

MAX31341 Anwendung RTC-Modulschaltung mit externem MCU. Aus dem MAX31341 Datenblatt.

Renesas, ISL12057IUZ

Der ISL12057IUZ von Renesas bietet ähnliche Funktionen wie der MAX31341, ist jedoch für industrielle, automobiltechnische und andere Anwendungsbereiche in rauen Umgebungen vermarktet. Wie auch die anderen oben aufgeführten Komponenten, liefert er einen Rechteckwellenausgang und Daten werden über eine I2C-Schnittstelle abgerufen. Die Komponente kann einen externen 32.768 kHz Oszillator mit 6 pF Lastkapazität durch einen integrierten invertierenden Verstärker unterstützen.

ISL12057IUZ Anwendung RTC-Modulschaltung. Aus dem ISL12057IUZ Datenblatt.

Weitere Komponenten für die Zeitverfolgung

Neben dem RTC-Modul selbst benötigen Sie einige andere Komponenten, um eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten, den digitalen Bus für die Datenauslesung zu konfigurieren und eine Schnittstelle mit einem externen Controller herzustellen. Diese Komponenten umfassen:

• MCU oder FPGA

• Batterien und Batteriehalter

• Passive Bauelemente (Widerstände und Kondensatoren)

Wenn Sie ein mobiles Gerät, ein IoT-Produkt oder ein anderes System entwerfen, das eine Zeitmessung mit einem RTC-Modulschaltkreis benötigt, können Sie diese Komponenten und noch viele mehr mit den fortgeschrittenen Such- und Filterfunktionen auf Octopart finden. Wenn Sie die Elektronik-Suchmaschine von Octopart nutzen, haben Sie Zugang zu Daten von Distributoren und Spezifikationen von Bauteilen, und das alles frei zugänglich in einer benutzerfreundlichen Schnittstelle. Sehen Sie sich unsere Seite mit integrierten Schaltkreisen an, um die Komponenten zu finden, die Sie benötigen.

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