Il tuo sistema necessita di un circuito modulo RTC?

Ogni volta che hai bisogno di tenere traccia del tempo nel tuo sistema digitale, devi convertire gli impulsi dell'orologio in una data e un'ora. Non è sufficiente funzionare su un circuito di orologio, la conversione richiede un po' di aritmetica digitale e necessita del confronto di un conteggio di impulsi dell'orologio con una data di riferimento. Poiché un buon orologio nei tuoi dispositivi elettronici dovrebbe funzionare indipendentemente dall'uso del dispositivo, hai anche bisogno di una fonte di alimentazione persistente per il tuo modulo di gestione del tempo.

Invece di collegare un cristallo o un circuito oscillatore a un MCU, puoi utilizzare un modulo di orologio in tempo reale (RTC) sulla tua scheda per fornire una gestione accurata del tempo. Questi piccoli chip offrono un modo semplice per tenere traccia del tempo in un sistema digitale e inviare i dati a un MCU tramite un'interfaccia standard a bassa velocità. Ecco alcune applicazioni che necessitano di un circuito modulo RTC e alcune opzioni popolari per questi circuiti.

Progettazione del Circuito del Modulo RTC

I moduli RTC sono molto semplici e hanno ingombri ridotti. Hanno anche un consumo di energia molto basso poiché generalmente hanno solo bisogno di leggere un impulso di orologio da un circuito di cristallo o oscillatore. I migliori moduli RTC forniranno almeno un decennio di gestione accurata del tempo con una singola batteria di backup a bottone, e possono funzionare con l'alimentazione principale del sistema quando disponibile. Questa semplice capacità potrebbe essere integrata in un MCU, ma non tutti i sistemi necessitano di un grande MCU con un circuito RTC integrato.

Lo schema sottostante mostra un semplice circuito di modulo RTC con un IC popolare, il DS1307 di Maxim Integrated. Gli impulsi dell'orologio non referenziati sono inviati a questo modulo da un orologio a 32.768 kHz, e gli impulsi dell'orologio sono referenziati internamente nel DS1307 a una data specifica. Da lì, i dati possono essere interrogati da un MCU esterno tramite I2C e memorizzati nella memoria dell'MCU. Questo è sostanzialmente lo stesso processo che altri MCU con un oscillatore interno e un circuito RTC utilizzerebbero per tenere traccia del tempo come parte del loro firmware.

Esempio di circuito modulo RTC utilizzato come orologio di sistema per un MCU ATTiny85.

Nello schema sopra, l'unico altro componente degno di nota è l'MCU ATTiny85. Questo MCU ha un piccolo ingombro DIP, EEPROM interna con 100.000 cicli di cancellazione/scrittura, Flash interna e SRAM interna. Questa particolare implementazione fa parte di un circuito di monitoraggio e tracciamento dell'energia per un progetto di un cliente, ma illustra alcuni casi particolari in cui un MCU più grande non è necessario, e un MCU più piccolo, una batteria di backup e un circuito di modulo RTD forniranno la funzionalità di cui hai bisogno.

Perché Utilizzare un Circuito di Modulo RTC invece di un MCU?

Il prodotto energetico che ho menzionato sopra non richiede un grande MCU per una serie di motivi. Di seguito sono elencati alcuni motivi comuni, che potrebbero applicarsi anche al tuo prossimo sistema.

Il sistema etichetta e memorizza solo i dati. Questo è un compito tipico per le schede dei nodi sensori, dove i dati potrebbero essere etichettati con un timestamp e alcuni altri criteri attivati da circuiti logici. I dati possono poi essere memorizzati in Flash tramite SPI. Questo non richiede un MCU ad alte prestazioni, purché l'MCU disponga di un'interfaccia bus SPI o di un'altra interfaccia a bassa velocità (ad esempio, I2C nell'esempio sopra).

Le funzioni principali sono integrate in altri circuiti integrati. Nell'esempio della scheda di monitoraggio della potenza che ho citato sopra, non abbiamo avuto bisogno di integrare la logica per il sensing e i loop di controllo in un singolo MCU. Questo avrebbe risparmiato un po' di spazio, ma sviluppare il firmware sarebbe stato come reinventare la ruota. Molte di queste funzioni sono integrate nei COTS IC di gestione della potenza.

Alimentazione intermittente. Se il dispositivo deve mai andare offline, o ci si aspetta che l'accesso all'alimentazione sia intermittente, allora si può garantire che si continuerà a tracciare il tempo nel proprio sistema grazie a una batteria di backup. I circuiti dei moduli RTC possono interfacciarsi facilmente con una batteria a bottone e possono funzionare per più anni senza necessità di ricarica o sostituzione. Questo significa anche che il sistema non avrà bisogno di un'ulteriore unità di regolazione/gestione per funzionare con l'alimentazione a batteria. Al contrario, utilizzare un MCU per la gestione del tempo con alimentazione a batteria spreca la vita della batteria, quindi vale la pena usare semplicemente un piccolo circuito di modulo RTC a prescindere.

Componenti RTC Popolari

Maxim Integrated, DS1307 e DS3231

Questi due moduli RTC sono probabilmente i moduli RTC più popolari per una gamma di dispositivi. L'IC DS1307 (mostrato nello schema sopra) è un componente minimo che include solo interfaccia I2C, uscita a onda quadra, controller di gestione della batteria di backup e ingressi per un oscillatore esterno. Il modulo RTC DS3231 è una versione più potente che comunica ancora tramite I2C, ma contiene un oscillatore integrato, funzione di reset tramite un pin esterno e uscite a onda quadra/oscillatore a 32.768 kHz.

Circuito di applicazione DS3231. Dal datasheet DS3231.

Maxim Integrated, MAX31341BEWC

Questo particolare modulo RTC è il componente RTC più piccolo di Maxim fino ad oggi, offrendo un consumo di corrente ultra-basso di 180 nA. Questo componente dispone anche di funzioni di allarme integrate insieme alle funzioni standard di tenuta del tempo che sono accessibili tramite I2C. Il componente può anche essere bloccato a un orologio di riferimento con varie frequenze standard, permettendo di determinare l'accuratezza dell'orologio dalla fonte esterna. Le applicazioni target includono dispositivi medici, dispositivi indossabili, telematica e aree simili.

Modulo circuito RTC MAX31341 con MCU esterno. Dal datasheet del MAX31341.

Renesas, ISL12057IUZ

L'ISL12057IUZ di Renesas offre capacità simili al MAX31341, ma è commercializzato per l'industria, l'automotive e altre aree applicative con ambienti difficili. Come per gli altri componenti elencati sopra, fornisce un'uscita a onda quadra e i dati sono accessibili tramite un'interfaccia I2C. Il componente può supportare un oscillatore esterno da 32.768 kHz con una capacità di carico di 6 pF attraverso un amplificatore invertente integrato.

Circuito del modulo RTC ISL12057IUZ. Dal datasheet dell'ISL12057IUZ.

Altri Componenti per il Tracciamento del Tempo

Oltre al modulo RTC stesso, avrai bisogno di alcuni altri componenti per fornire alimentazione stabile, configurare il bus digitale per leggere i dati e interfacciarti con un controller esterno. Questi componenti includono:

• MCU o FPGA

• Batterie e portabatterie

• Passivi (resistori e condensatori)

Se stai progettando un dispositivo mobile, un prodotto IoT o un altro sistema che necessita di tenere il tempo con un circuito modulo RTC, puoi trovare questi componenti e molti altri con le funzionalità di ricerca avanzata e filtraggio su Octopart. Quando utilizzi il motore di ricerca elettronica di Octopart, avrai accesso ai dati dei distributori e alle specifiche dei componenti, ed è tutto liberamente accessibile in un'interfaccia facile da usare. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui circuiti integrati per trovare i componenti di cui hai bisogno.

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