시스템에 RTC 모듈 회로가 필요한가요?

디지털 시스템에서 시간을 추적해야 할 때마다, 클록 펄스를 날짜와 시간으로 변환해야 합니다. 클록 회로에서 작동한다고 해서 충분하지 않으며, 변환은 일부 디지털 산술을 필요로 하고 클록 펄스의 수를 어떤 참조 날짜와 비교해야 합니다. 전자 장치의 좋은 시계는 장치가 사용 중이든 아니든 작동해야 하므로, 시간 유지 모듈에 지속적인 전원 공급원도 필요합니다.

MCU에 결정체나 발진 회로를 연결하는 대신, 보드에 실시간 클록(RTC) 모듈을 사용하여 정확한 시간 유지를 제공할 수 있습니다. 이 작은 칩들은 디지털 시스템에서 시간을 추적하는 간단한 방법을 제공하고 표준 저속 인터페이스를 통해 MCU에 데이터를 피드백합니다. RTC 모듈 회로가 필요한 몇 가지 응용 프로그램과 이러한 회로에 대한 인기 있는 옵션들이 있습니다.

RTC 모듈 회로 설계

RTC 모듈은 매우 간단하며 작은 크기를 가집니다. 일반적으로 결정체나 발진 회로에서 클록 펄스를 읽는 것만 필요하기 때문에 전력 소비도 매우 낮습니다. 최고의 RTC 모듈은 단일 코인 셀 백업 배터리로 최소한 10년간 정확한 시간 유지를 제공하며, 사용 가능할 때는 주 시스템 전원에서 작동할 수 있습니다. 이 간단한 기능은 MCU에 내장될 수 있지만, 모든 시스템이 통합된 RTC 회로를 가진 큰 MCU를 필요로 하는 것은 아닙니다.

아래 회로도는 인기 있는 IC인 Maxim Integrated의 DS1307을 사용한 간단한 RTC 모듈 회로를 보여줍니다. 참조되지 않은 클록 펄스는 32.768 kHz 클록에서 이 모듈로 공급되며, 클록 펄스는 DS1307 내부에서 특정 날짜와 참조됩니다. 거기서부터, 데이터는 I2C를 통해 외부 MCU에 의해 조회되고 MCU의 메모리에 저장될 수 있습니다. 이것은 기본적으로 내부 발진기와 RTC 회로를 가진 다른 MCU가 펌웨어의 일부로 시간을 추적하는 데 사용할 것과 동일한 과정입니다.

ATTiny85 MCU의 시스템 클록으로 사용하기 위한 예시 RTC 모듈 회로.

위의 회로도에서 유일하게 주목할 만한 다른 구성 요소는 ATTiny85 MCU입니다. 이 MCU는 작은 DIP 크기, 내부 EEPROM으로 100,000번의 지우기/쓰기 주기, 내부 플래시, 그리고 내부 SRAM을 가지고 있습니다. 이 특정 구현은 고객 프로젝트를 위한 전력 모니터링 및 추적 회로의 일부이지만, 더 큰 MCU가 필요하지 않고, 더 작은 MCU, 백업 배터리, 그리고 RTD 모듈 회로가 필요한 기능을 제공할 수 있는 특정 사례를 보여줍니다.

MCU 대신 RTC 모듈 회로를 사용하는 이유는 무엇인가요?

위에서 언급한 전력 제품은 여러 가지 이유로 큰 MCU를 필요로 하지 않습니다. 아래에 몇 가지 일반적인 이유가 나열되어 있으며, 다음 시스템에도 적용될 수 있습니다.

시스템은 데이터를 태그하고 저장만 합니다. 이는 센서 노드 보드에서 흔히 볼 수 있는 작업으로, 데이터가 타임스탬프와 논리 회로에 의해 트리거된 일부 기타 기준으로 태그될 수 있습니다. 그런 다음 데이터는 SPI를 통해 플래시에 저장될 수 있습니다. MCU가 SPI 버스 인터페이스 또는 기타 저속 인터페이스(예: 위의 예에서처럼 I2C)를 갖추고 있다면 고성능 MCU가 필요하지 않습니다.

핵심 기능이 다른 집적 회로에 내장되어 있습니다. 위에서 언급한 전력 모니터링 보드 예에서, 우리는 단일 MCU에 감지 및 제어 루프의 논리를 통합할 필요가 없었습니다. 이렇게 하면 일부 공간을 절약할 수 있었겠지만, 펌웨어를 구축하는 것은 바퀴를 다시 발명하는 것과 같을 것입니다. 이러한 기능 중 많은 것이 COTS 전력 관리 IC에 내장되어 있습니다.

간헐적 전력. 장치가 오프라인 상태가 되어야 하거나 전력 접근이 간헐적일 것으로 예상되는 경우, 배터리 백업 덕분에 시스템에서 시간 추적을 계속할 수 있습니다. RTC 모듈 회로는 코인 셀 배터리와 쉽게 인터페이스할 수 있으며 충전이나 교체 없이도 여러 해 동안 작동할 수 있습니다. 이는 시스템이 배터리 전력으로 작동하기 위해 추가적인 조절기/관리 장치가 필요하지 않다는 것을 의미합니다. 반면, 배터리 전력으로 시간을 유지하기 위해 MCU를 사용하는 것은 배터리 수명을 낭비하므로 작은 RTC 모듈 회로를 사용하는 것이 가치가 있습니다.

인기 있는 RTC 구성 요소

Maxim Integrated, DS1307과 DS3231

이 두 RTC 모듈은 다양한 장치에 대해 가장 인기 있는 RTC 모듈 중 하나로 여겨집니다. 위의 회로도에서 보여진 DS1307 IC는 I2C 인터페이스, 사각파 출력, 백업 배터리 관리 컨트롤러 및 외부 오실레이터를 위한 입력만 포함하는 최소 구성 요소입니다. DS3231 RTC 모듈은 여전히 I2C를 통해 통신하지만, 통합된 오실레이터, 외부 핀을 통한 리셋 기능, 그리고 사각파/32.768 kHz 오실레이터 출력을 포함하는 더 강력한 버전입니다.

DS3231 응용 회로. DS3231 데이터시트에서.

Maxim Integrated, MAX31341BEWC

이 특정 RTC 모듈은 Maxim에서 지금까지 출시한 가장 작은 RTC 구성 요소로, 초저전류 소비량인 180 nA를 제공합니다. 이 구성 요소는 표준 시간 유지 기능과 함께 통합된 알람 기능도 특징으로 하며, I2C를 통해 접근할 수 있습니다. 구성 요소는 또한 다양한 표준 주파수로 참조 클록에 잠글 수 있어 외부 소스에 의해 클록 정확도를 결정할 수 있습니다. 대상 응용 분야로는 의료 기기, 웨어러블, 텔레매틱스 등이 있습니다.

외부 MCU가 있는 MAX31341 애플리케이션 RTC 모듈 회로. MAX31341 데이터시트에서.

Renesas, ISL12057IUZ

Renesas의 ISL12057IUZ는 MAX31341과 유사한 기능을 제공하지만, 산업, 자동차 및 기타 가혹한 환경의 애플리케이션 분야를 대상으로 마케팅됩니다. 위에 나열된 다른 구성 요소와 마찬가지로, 제곱파 출력을 제공하며 데이터는 I2C 인터페이스를 통해 접근됩니다. 이 구성 요소는 통합된 반전 증폭기를 통해 외부 32.768 kHz 오실레이터를 6 pF 부하 용량으로 지원할 수 있습니다.

ISL12057IUZ 애플리케이션 RTC 모듈 회로. ISL12057IUZ 데이터시트에서.

시간 추적을 위한 기타 구성 요소

RTC 모듈 자체 외에도, 안정적인 전력을 제공하고, 데이터를 읽기 위한 디지털 버스를 구성하며, 외부 컨트롤러와 인터페이스하는 데 필요한 몇 가지 다른 구성 요소가 있습니다. 이러한 구성 요소에는 다음이 포함됩니다:

• MCU 또는 FPGA

• 배터리 및 배터리 홀더

• 패시브(저항기 및 커패시터)

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