Нужен ли вашей системе модуль схемы RTC?

Создано: 21 Мая, 2021
Обновлено: 1 Июля, 2024

Всякий раз, когда вам нужно отслеживать время в вашей цифровой системе, вам необходимо преобразовать импульсы часов в дату и время. Работа только на часовой схеме недостаточно, преобразование требует некоторой цифровой арифметики и сравнения количества импульсов часов с некоторой исходной датой. Поскольку любые хорошие часы в вашей электронике должны работать независимо от того, используется ли устройство, вам также нужен постоянный источник питания для вашего модуля времени.

Вместо того чтобы подключать кристалл или осцилляторную схему к MCU, вы можете использовать модуль реального времени (RTC) на вашей плате для точного отслеживания времени. Эти маленькие чипы предоставляют простой способ отслеживания времени в цифровой системе и передачи данных в MCU через стандартный интерфейс низкой скорости. Вот некоторые приложения, которым может потребоваться схема модуля RTC, и некоторые популярные варианты этих схем.

Дизайн схемы модуля RTC

Модули RTC очень просты и имеют маленькие размеры. Они также имеют очень низкое энергопотребление, поскольку им обычно нужно только считывать импульсы часов от кристалла или осцилляторной схемы. Лучшие модули RTC будут обеспечивать как минимум десятилетие точного отслеживания времени на одной батарее типа "таблетка", и они могут работать от основного источника питания системы, когда он доступен. Эта простая возможность может быть встроена в MCU, но не все системы нуждаются в большом MCU с интегрированной схемой RTC.

На схеме ниже показана простая схема модуля RTC с популярным ИС, DS1307 от Maxim Integrated. Нессылочные импульсы часов подаются на этот модуль от часов на 32.768 кГц, и импульсы часов сравниваются с определенной датой внутри DS1307. Оттуда данные могут быть запрошены внешним MCU через I2C и сохранены в памяти MCU. Это в основном тот же процесс, который другие MCU с внутренним осциллятором и схемой RTC использовали бы для отслеживания времени как часть их прошивки.

Пример схемы модуля RTC для использования в качестве системных часов для MCU ATTiny85.

В приведенной выше схеме единственным заметным компонентом является MCU ATTiny85. Этот MCU имеет маленький DIP-размер, внутреннюю EEPROM с 100 000 циклами стирания/записи, внутреннюю Flash-память и внутреннюю SRAM. Эта конкретная реализация является частью схемы мониторинга и отслеживания энергопотребления для проекта клиента, но она иллюстрирует некоторые конкретные случаи, когда большой MCU не нужен, а маленький MCU, резервная батарея и схема модуля RTD обеспечивают необходимую функциональность.

Почему использовать схему модуля RTC вместо MCU?

Упомянутый выше энергетический продукт не требует большого MCU по ряду причин. Ниже перечислены некоторые общие причины, которые могут применяться и к вашей следующей системе.

Система только маркирует и хранит данные. Это типичная задача для плат датчиков, где данные могут быть помечены временной меткой и некоторыми другими критериями, активируемыми логическими схемами. Затем данные могут быть сохранены во Flash через SPI. Это не требует мощного МКУ, если у МКУ есть интерфейс шины SPI или другой интерфейс низкой скорости (например, I2C в приведенном выше примере).

Основные функции встроены в другие интегральные схемы. В примере с платой мониторинга питания, который я упоминал выше, нам не нужно было интегрировать логику для сенсоров и контрольных петель в один МКУ. Это позволило бы сэкономить некоторое пространство, но разработка прошивки была бы похожа на изобретение колеса. Многие из этих функций встроены в COTS интегральные схемы управления питанием.

Прерывистое питание. Если устройству когда-либо потребуется перейти в автономный режим, или вы ожидаете, что доступ к питанию будет прерывистым, то вы можете обеспечить продолжение отслеживания времени в вашей системе благодаря резервному питанию от батареи. Цепи модулей RTC легко подключаются к батарее типа "таблетка" и могут работать несколько лет без подзарядки или замены. Это также означает, что системе не потребуется дополнительный регулятор/управляющий блок для работы от батареи. В отличие от использования МКУ для отслеживания времени на батарейном питании, что тратит заряд батареи, поэтому использование небольшой цепи модуля RTC оправдано в любом случае.

Популярные компоненты RTC

Maxim Integrated, DS1307 и DS3231

Эти два модуля RTC, возможно, являются самыми популярными модулями RTC для ряда устройств. Микросхема DS1307 (показана на схеме выше) является минимальным компонентом, который включает только интерфейс I2C, выход квадратного сигнала, контроллер управления резервным питанием и входы для внешнего генератора. Модуль RTC DS3231 является более мощной версией, которая также общается через I2C, но содержит интегрированный генератор, функцию сброса через внешний контакт и выходы квадратного сигнала/генератора на 32.768 кГц.

Схема применения DS3231. Из технического описания DS3231.

Maxim Integrated, MAX31341BEWC

Этот конкретный модуль RTC является самым маленьким компонентом RTC от Maxim на сегодняшний день, предлагая ультранизкое потребление тока в 180 нА. Этот компонент также имеет интегрированные функции будильника наряду со стандартными функциями отслеживания времени, которые доступны через I2C. Компонент также может быть синхронизирован с эталонными часами с различными стандартными частотами, что позволяет определить точность часов по внешнему источнику. Целевые области применения включают медицинские устройства, носимые устройства, телематику и подобные области.

Схема модуля RTC MAX31341 с внешним MCU. Из технического описания MAX31341.

Renesas, ISL12057IUZ

ISL12057IUZ от Renesas предлагает возможности, аналогичные MAX31341, но он предназначен для промышленных, автомобильных и других областей применения в суровых условиях. Как и другие перечисленные выше компоненты, он обеспечивает выход квадратного сигнала, а данные доступны через интерфейс I2C. Компонент может поддерживать внешний осциллятор на 32.768 кГц с нагрузочной емкостью 6 пФ через интегрированный инвертирующий усилитель.

Схема модуля RTC ISL12057IUZ. Из технического описания ISL12057IUZ.

Другие компоненты для отслеживания времени

Помимо самого модуля RTC, вам понадобятся и другие компоненты для обеспечения стабильного питания, настройки цифровой шины для чтения данных и взаимодействия с внешним контроллером. К этим компонентам относятся:

Если вы разрабатываете мобильное устройство, продукт IoT или другую систему, которой необходимо отслеживание времени с помощью схемы модуля RTC, вы можете найти эти компоненты и многое другое с помощью расширенного поиска и функций фильтрации на Octopart. Используя поисковую систему электронных компонентов Octopart, вы получите доступ к данным дистрибьюторов и спецификациям компонентов, и все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы найти необходимые компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.