O Seu Sistema Precisa de um Circuito de Módulo RTC?

Sempre que você precisar acompanhar o tempo em seu sistema digital, será necessário converter pulsos de relógio em uma data e hora. Funcionar com um circuito de relógio não é suficiente, a conversão requer um pouco de aritmética digital e comparação de uma contagem de pulsos de relógio com alguma data de referência. Como qualquer bom relógio em sua eletrônica deve operar independentemente de o dispositivo estar em uso ou não, você também precisa de uma fonte de energia persistente para o seu módulo de cronometragem.

Em vez de conectar um cristal ou um circuito oscilador a um MCU, você pode usar um módulo de relógio em tempo real (RTC) em sua placa para fornecer uma cronometragem precisa. Esses pequenos chips oferecem uma maneira simples de rastrear o tempo em um sistema digital e enviar os dados para um MCU por meio de uma interface padrão de baixa velocidade. Aqui estão algumas aplicações que precisarão de um circuito de módulo RTC e algumas opções populares para esses circuitos.

Design de Circuito de Módulo RTC

Os módulos RTC são muito simples e vêm em tamanhos compactos. Eles também têm um consumo de energia muito baixo, pois geralmente só precisam ler um pulso de relógio de um circuito de cristal ou oscilador. Os melhores módulos RTC fornecerão pelo menos uma década de cronometragem precisa com uma única bateria de reserva de célula tipo moeda, e podem funcionar com a energia do sistema principal quando disponível. Essa capacidade simples pode ser integrada a um MCU, mas nem todos os sistemas precisam de um grande MCU com um circuito RTC integrado.

O esquemático abaixo mostra um circuito de módulo RTC simples com um CI popular, o DS1307 da Maxim Integrated. Pulsos de relógio não referenciados são alimentados a este módulo a partir de um relógio de 32.768 kHz, e os pulsos de relógio são referenciados a uma data específica internamente no DS1307. A partir daí, os dados podem ser consultados por um MCU externo via I2C e armazenados na memória do MCU. Esse é basicamente o mesmo processo que outros MCUs com um oscilador interno e circuito RTC usariam para rastrear o tempo como parte de seu firmware.

Exemplo de circuito de módulo RTC para uso como relógio de sistema para um MCU ATTiny85.

No esquemático acima, o único outro componente digno de nota é o MCU ATTiny85. Este MCU tem um pequeno encapsulamento DIP, EEPROM interna com 100.000 ciclos de apagar/escrever, Flash interno e SRAM interno. Esta implementação específica faz parte de um circuito de monitoramento e rastreamento de energia para um projeto de cliente, mas ilustra alguns casos particulares onde um MCU maior não é necessário, e um MCU menor, bateria de reserva e circuito de módulo RTD fornecerão a funcionalidade necessária.

Por Que Usar um Circuito de Módulo RTC em Vez de um MCU?

O produto de energia que mencionei acima não requer um grande MCU por várias razões. Algumas razões comuns estão listadas abaixo e podem se aplicar ao seu próximo sistema também.

O sistema apenas marca e armazena dados. Esta é uma tarefa típica para placas de nós de sensores, onde os dados podem ser marcados com um carimbo de data/hora e alguns outros critérios ativados por circuitos lógicos. Os dados podem então ser armazenados em Flash via SPI. Isso não requer um MCU de alta capacidade, desde que o MCU tenha uma interface de barramento SPI ou outra interface de baixa velocidade (por exemplo, I2C no exemplo acima).

Funções principais são incorporadas em outros circuitos integrados. No exemplo da placa de monitoramento de energia que mencionei acima, não precisávamos integrar a lógica para detecção e controle em um único MCU. Isso teria economizado algum espaço, mas desenvolver o firmware seria como reinventar a roda. Muitas dessas funções estão incorporadas em CI de gerenciamento de energia COTS (ICs de gerenciamento de energia).

Energia intermitente. Se o dispositivo precisar ficar offline, ou se espera que o acesso à energia seja intermitente, então você pode garantir que continuará rastreando o tempo em seu sistema graças a um backup de bateria. Circuitos de módulo RTC podem facilmente se conectar a uma bateria tipo moeda e podem funcionar por vários anos sem necessidade de carregamento ou substituição. Isso também significa que o sistema não precisará de uma unidade adicional de regulador/gerenciamento para funcionar com energia da bateria. Em contraste, usar um MCU para manter o tempo com energia da bateria desperdiça a vida útil da bateria, então vale a pena usar um pequeno circuito de módulo RTC independentemente.

Componentes RTC Populares

Maxim Integrated, DS1307 e DS3231

Estes dois módulos RTC são, possivelmente, os módulos RTC mais populares para uma gama de dispositivos. O IC DS1307 (mostrado no esquemático acima) é um componente mínimo que inclui apenas interface I2C, saída de onda quadrada, controlador de gerenciamento de bateria de reserva e entradas para um oscilador externo. O módulo RTC DS3231 é uma versão mais potente que ainda se comunica via I2C, mas contém um oscilador integrado, função de reset através de um pino externo, e saídas de onda quadrada/oscilador de 32.768 kHz.

Circuito de aplicação do DS3231. Do datasheet do DS3231.

Maxim Integrated, MAX31341BEWC

Este módulo RTC em particular é o menor componente RTC da Maxim até o momento, oferecendo um consumo de corrente ultra-baixo de 180 nA. Este componente também apresenta funções de alarme integradas junto com funções padrão de manutenção do tempo que são acessadas via I2C. O componente também pode ser bloqueado a um relógio de referência com várias frequências padrão, permitindo que a precisão do relógio seja determinada pela fonte externa. As aplicações alvo incluem dispositivos médicos, wearables, telemática e áreas similares.

Circuito do módulo RTC da aplicação MAX31341 com MCU externo. Do datasheet do MAX31341.

Renesas, ISL12057IUZ

O ISL12057IUZ da Renesas oferece capacidades similares ao MAX31341, mas é comercializado para áreas de aplicação industrial, automotiva e outras em ambientes severos. Assim como os outros componentes listados acima, ele fornece saída de onda quadrada e os dados são acessados através de uma interface I2C. O componente pode suportar um oscilador externo de 32.768 kHz com capacitância de carga de 6 pF através de um amplificador inversor integrado.

Circuito do módulo RTC da aplicação ISL12057IUZ. Do datasheet do ISL12057IUZ.

Outros Componentes para Rastreamento de Tempo

Além do próprio módulo RTC, você precisará de alguns outros componentes para fornecer energia estável, configurar o barramento digital para ler dados e interagir com um controlador externo. Esses componentes incluem:

• MCU ou FPGA

• Baterias e suportes para baterias

• Passivos (resistores e capacitores)

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