您的系统是否需要 RTC 模块電(diàn)路？

2021-06-29

您的系统是否需要 RTC 模块電(diàn)路？

任何时候您需要跟踪数字系统中的时间，您都需要将时钟脉冲转换為(wèi)日期和时间。在时钟電(diàn)路上运行是不够的，转换需要一些数字算术并且需要将时钟脉冲计数与某个参考日期进行比较。由于无论设备是否在使用(yòng)中，您的電(diàn)子设备中的任何良好时钟都应该运行，因此您还需要為(wèi)计时模块提供持久的電(diàn)源。

您可(kě)以使用(yòng)電(diàn)路板中的实时时钟 (RTC) 模块来提供准确的计时，而不是将晶體(tǐ)或振荡器電(diàn)路连接到 MCU。这些小(xiǎo)芯片提供了一种在数字系统中跟踪时间并通过标准低速接口将数据反馈到 MCU 的简单方法。以下是一些需要 RTC 模块電(diàn)路的应用(yòng)以及这些電(diàn)路的一些常用(yòng)选项。

RTC模块電(diàn)路设计

RTC 模块非常简单，占用(yòng)空间小(xiǎo)。它们的功耗也非常低，因為(wèi)它们通常只需要从晶體(tǐ)或振荡器電(diàn)路读取时钟脉冲。最好的 RTC 模块将在单个纽扣電(diàn)池备用(yòng)電(diàn)池上提供至少十年的准确计时，并且它们可(kě)以在可(kě)用(yòng)时使用(yòng)主系统電(diàn)源运行。这种简单的功能(néng)可(kě)能(néng)内置于 MCU 中，但并非所有(yǒu)系统都需要带有(yǒu)集成 RTC 電(diàn)路的大型 MCU。

下图显示了一个简单的 RTC 模块電(diàn)路，其中包含一个流行的 IC。未参考时钟脉冲从 32.768 kHz 时钟馈送到该模块，时钟脉冲参考 DS1307 内部的特定日期。从那里，外部 MCU 可(kě)以通过 I2C 查询数据并存储在 MCU 的存储器中。这与具有(yǒu)内部振荡器和 RTC 電(diàn)路的其他(tā) MCU 用(yòng)于跟踪时间的过程基本相同，作為(wèi)其固件的一部分(fēn)。

在上面的原理(lǐ)图中，唯一值得注意的组件是ATTiny85 MCU。该 MCU 具有(yǒu)较小(xiǎo)的 DIP 占用(yòng)空间、具有(yǒu) 100,000 次擦除/写入周期的内部 EEPROM、内部闪存和内部 SRAM。这个特定的实现是客户项目的電(diàn)源监控和跟踪電(diàn)路的一部分(fēn)，但它说明了一些不需要较大 MCU 的特殊情况，较小(xiǎo)的 MCU、备用(yòng)電(diàn)池和 RTD 模块電(diàn)路将提供您需要的功能(néng)。

為(wèi)什么要使用(yòng) RTC 模块電(diàn)路而不是 MCU？

我上面提到的電(diàn)源产品由于多(duō)种原因不需要大型 MCU。下面列出了一些常见原因，它们也可(kě)能(néng)适用(yòng)于您的下一个系统。

系统仅标记和存储数据。这是传感器节点板的典型任務(wù)，其中数据可(kě)能(néng)带有(yǒu)时间戳和由逻辑電(diàn)路触发的其他(tā)一些标准。然后可(kě)以通过 SPI 将数据存储在 Flash 中。只要 MCU 具有(yǒu) SPI 总線(xiàn)接口或其他(tā)低速接口（例如上例中的 I2C），就不需要重型 MCU。

核心功能(néng)内置于其他(tā)集成電(diàn)路中。在我上面引用(yòng)的電(diàn)源监控板示例中，我们不需要将传感和控制回路的逻辑集成到单个 MCU 中。这会节省一些空间，但构建固件就像重新(xīn)发明轮子。其中许多(duō)功能(néng)都内置在 COTS電(diàn)源管理(lǐ) IC 中。

断断续续的力量。如果设备需要离線(xiàn)，或者您预计電(diàn)源访问将是间歇性的，那么您可(kě)以确保通过备用(yòng)電(diàn)池继续跟踪系统中的时间。RTC 模块電(diàn)路可(kě)以轻松地与纽扣電(diàn)池连接，并且可(kě)以在不充電(diàn)或更换的情况下运行多(duō)年。这也意味着系统不需要额外的调节器/管理(lǐ)单元来使用(yòng)電(diàn)池供電(diàn)。相比之下，使用(yòng) MCU 為(wèi)電(diàn)池供電(diàn)计时会浪费電(diàn)池寿命，因此无论如何只使用(yòng)小(xiǎo)型 RTC 模块電(diàn)路是值得的。

流行的 RTC 组件

Maxim Integrated，DS1307 和 DS3231

这两个 RTC 模块可(kě)以说是一系列设备中最受欢迎的 RTC 模块。DS1307 IC（如上图所示）是一个最小(xiǎo)组件，仅包括 I2C 接口、方波输出、备用(yòng)電(diàn)池管理(lǐ)控制器和外部振荡器输入。的DS3231 RTC模块是更强大的版本仍然通过I2C通信，但它包含一个集成的振荡器，通过外部引脚复位功能(néng)，并且方波/ 32.768 kHz振荡器输出。

DS3231应用(yòng)電(diàn)路。来自DS3231 数据表。

美信集成，MAX31341BEWC

这个特殊的 RTC 模块是Maxim迄今為(wèi)止最小(xiǎo)的 RTC 组件，提供 180 nA 的超低電(diàn)流消耗。该组件还具有(yǒu)集成报警功能(néng)以及可(kě)通过 I2C 访问的标准计时功能(néng)。该组件还可(kě)以锁定到具有(yǒu)各种标准频率的参考时钟，从而允许由外部源确定时钟精度。目标应用(yòng)包括医疗设备、可(kě)穿戴设备、遠(yuǎn)程信息处理(lǐ)和类似领域。

MAX31341 应用(yòng) RTC 模块電(diàn)路与外部 MCU。来自MAX31341 数据表。

ISL12057IUZ提供与MAX31341类似的功能(néng)，但它主要面向工业、汽車(chē)和其他(tā)环境恶劣的应用(yòng)领域。与上面列出的其他(tā)组件一样，它提供方波输出，并通过 I2C 接口访问数据。该组件可(kě)通过集成反相放大器支持具有(yǒu) 6 pF 负载電(diàn)容的外部 32.768 kHz 振荡器。

ISL12057IUZ 应用(yòng) RTC 模块電(diàn)路。

其他(tā)时间跟踪组件

除了 RTC 模块本身，您还需要一些其他(tā)组件来提供稳定的電(diàn)源、配置数字总線(xiàn)以读取数据以及与外部控制器接口。这些组件包括：

单片机或FPGA

電(diàn)池和電(diàn)池座

无源（電(diàn)阻器和電(diàn)容器）

如果您正在设计需要使用(yòng) RTC 模块電(diàn)路计时的移动设备、IoT 产品或其他(tā)系统，您可(kě)以使用(yòng)Octopart 中的高级搜索和过滤功能(néng)找到这些组件以及其他(tā)任何组件。