一種低溫漂實時時鐘電路的製作方法
2023-10-10 00:52:54 2
專利名稱：一種低溫漂實時時鐘電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種靈活的、低成本、低溫漂實時時鐘電路。
背景技術：
實時時鐘(Real Time Clock)電路，被廣泛地應用於各種需要記錄時間、日期的儀器儀表中，一般而言，這些應用對於實時時鐘的精確度要求都比較高。
在某一溫度下，可以通過選取、修調實時時鐘外圍器件，如晶體振蕩器、頻率補償電容，來達到較高的時鐘精確度；也可以通過數字的方法，調整一定周期內的時鐘分頻係數來實現更高的時鐘精確度，一般可達到±2ppm(約±0.17秒/天)以下的誤差。但由於實時時鐘主要外圍器件，音叉型石英晶體的頻率溫度漂移較大，一般而言，其在-10℃～60℃的範圍內，頻率變化約為±50ppm(約±4.32秒/天)。這就使得實時時鐘電路在溫度變化較大，特別是季節溫度變化較大的環境中，難以實現較高的精確度。
一般為實現低溫度漂移的實時時鐘，會選用溫度補償晶體振蕩器(TCXO)，作為實時時鐘電路的時鐘源，可以在-40℃～85℃的溫度範圍內達到±7.5ppm的精確度。但是由於TCXO電路複雜，精度要求高，導致電路成本很高即使近年出現的數字補償晶體振蕩器(DTCXO)採用大規模數字電路，通過調節變容二極體的電壓或調節頻率補償電容網絡來實現更高精度的溫度補償(在-40℃～85℃內達到±0.2ppm的精確度)，但由於電路中一般需包括溫度傳感器、ADC、存儲器、DAC、變容二極體或電容網絡，導致DTCXO成本仍比較高。
發明內容
本實用新型的目的是設計出一種靈活、低成本、低溫漂的實時時鐘電路。
為了降低低溫漂實時時鐘電路的成本，本實用新型提供一種實時時鐘電路，針對實時時鐘電路應用的特點，結合實時時鐘的調校功能，通過較少的低成本其它元件，實現了低溫漂的實時時鐘電路，避免了使用成本較高的TCXO或DTCXO。
本實用新型的實時時鐘結構包括溫度傳感器，模擬數字轉換器，微控制器，存儲器和可數字調校的實時時鐘，其連接關係如下溫度傳感器後面連接模數轉換器ADC，模數轉換器後連微控制器，微控制器與存儲器相連，其後與實時時鐘電路相連，以獲得實時時鐘調校值，產生在調校周期內低溫漂時鐘信號。
本實用新型的上述電路是通過環境溫度的相對數值，改變實時時鐘調校的配置，實現低溫漂的實時時鐘電路的結構。上述結構通過低速ADC周期性地測量溫度傳感器上的電壓，得到與當前溫度對應的電壓轉換數值，由MCU將該轉換數值對應為相應的實時時鐘電路的調校值，並將該調校值置入實時時鐘的調校寄存器中，實時時鐘數字調校電路根據該調校值，產生在一定調校周期內(如10秒)的低溫度漂移的時鐘計時信號，從而實現低溫漂的實時時鐘電路。
結合電路結構框圖(圖1)，本實用新型技術方案詳述如下圖1中溫度傳感器將環境溫度轉換為電壓信號，一個最簡單的二極體即可實現該功能。
圖1中的ADC將溫度傳感器輸出的電壓轉換為與當前溫度對應的數值，該ADC可使用MCU自帶的ADC或其他的低成本ADC。由於實時時鐘應用環境的溫度一般為緩變量，故轉換速率低至秒級的ADC已滿足應用；而由於晶體精確度在-40～85℃範圍內的平均溫度漂移一般為1～2ppm/℃，所以8～10位解析度的ADC已滿足測量與溫度相對應的電壓數值的要求。
圖1中的MCU完成將當前溫度傳感器輸出電壓轉化數值，對應為相應的實時時鐘電路的調校值的功能，該調校值可通過晶體典型溫度漂移曲線的計算得到，也可通過電壓轉化數值與實時時鐘電路調校值的查找表的查找操作實現。查找表的數據可固化在MCU程序存儲區中，也可放於不揮發存儲器(如EEPROM，也可使用MCU中的存儲器)中，後者可實現更大的靈活度，對於不同的晶體只要更改不揮發存儲器中的查找表即可實現低溫度漂移的特性。由於在絕大多數應用實時時鐘電路的應用系統中都會使用的MCU，故該MCU的使用不會增加系統成本，且由於溫度的測量及調校值的設置的速度要求很低，在系統中MCU增加此功能一般不會影響MCU其他的功能。
圖1中的實時時鐘電路，要求具有數字調校的功能，即根據設定的調校值，對一定的計時周期內的時鐘數進行微調，以實現該計時周期的精度。對實時時鐘的應用而言，只要準確的計時周期在不是太大(如幾十秒到幾十分鐘的周期)，即可認為實時時鐘在宏觀計時(年、月、日、時)上準確，由於實時時鐘的應用在這一點上的特殊性，使得其並不需要輸入的32768Hz實時的保持很高的精確度，這是本實用新型得以應用的主要原因。而且目前數字調校已作為一個基本的功能，在許多的實時時鐘電路中具備。
由於實時時鐘電路一般使用的晶體都是32768Hz的音叉型石英晶體，而不同廠家該類型晶體的溫度曲線較為一致，所以可以根據經驗或廠家提供的數據(公式)建立溫度傳感器電壓轉化數值與實時時鐘電路調校值的查找表。如果應用要求比較高，可對每一批的晶體進行測試，描繪溫度傳感器電壓轉化數值與晶體振蕩頻率的變化關係，再將晶體振蕩頻率的變化轉化為相應的實時時鐘調校值，這樣可直接得到溫度傳感器電壓轉化數值與實時時鐘調校值一一對應的查找表，而跳過溫度傳感器電壓轉化數值與溫度的對應關係，簡化系統應用。另外，如果考慮到晶體的老化問題，可根據測試數據，建立多套的查找表，以適應不同老化程度的晶體，達到更好的頻率精確度。
本實用新型對於電路中溫度傳感器、ADC的性能，可根據實際的系統應用的需要進行配置；對溫度傳感器電壓轉化數值與實時時鐘調校值的轉化方法和精度，也可通過算法、查找表的更新來實現更新。由此可見，該電路結構具有很高的靈活性。
如上所述，本實用新型在幾乎不增加系統成本或系統成本增加很少的情況下，實現了低溫度漂移的實時時鐘電路。同時由於本電路的結構簡單，特別適合集成於帶有MCU、實時時鐘電路等模塊的專用大規模集成電路中。無論是專用集成電路還是系統的實現方式，本領域的技術人員按照本實用新型均能實施。
圖1是本實用新型電路結構框圖。圖中1是溫度傳感器，2是模數轉換器，3是微控制器，4是存儲器，5是實時時鐘電路。
具體實施方式
將本實用新型的低溫漂實時時鐘電路，應用於一多費率電能表專用集成電路。實施中所需要的溫度傳感器、ADC、MCU、EEPROM和實時時鐘，均在一個晶片中實現。其中MCU為該晶片的主控8位RISC MCU；ADC為該晶片內置的PWM型ADC，主要用來測量其它的電學物理量；晶片內置的EEPROM主要用來存放數據，所以該低溫漂實時時鐘電路幾乎沒有增加電路的成本，實際應用，取得了良好的效果。
權利要求1.一種低溫漂實時時鐘電路，該實時時鐘電路包括溫度傳感器、模擬數字轉換器、微控制器、存儲器和可數字調校的實時時鐘，其特徵是溫度傳感器(1)後聯模數轉換器ADC(2)，模數轉換器(2)後聯微控制器MCU(3)，微控制器(3)與存儲器(4)相聯，微控制器(3)又與實時時鐘電路(5)相聯，以獲得實時時鐘調校值，產生在調校周期內低溫漂時鐘計時信號。
2.根據權利要求1所述的實低溫漂實時時鐘電路，其特徵是溫度傳感器是二極體。
3.根據權利要求1所述的實低溫漂實時時鐘電路，其特徵是模數轉換器在微控制器內。
4.根據權利要求1所述的實低溫漂實時時鐘電路，其特徵是該電路可集成化。
專利摘要本實用新型是一種低溫漂實時時鐘電路。現有實時時鐘外圍受溫度影響漂移較大，若選用溫度補償晶體振蕩器，成本偏高。本實用新型運用溫度傳感器、模擬數字轉換器、微控制器、實時時鐘等，組成了一種低溫漂實時時鐘電路。該電路針對實時時鐘電路的應用特點，結合其調校功能，實現了本實用新型的目的。該電路低成本、低溫漂、效果好。
文檔編號G04G3/00GK2662308SQ0320992
公開日2004年12月8日 申請日期2003年8月21日 優先權日2003年8月21日
發明者馬慶容 申請人:上海復旦微電子股份有限公司