[組圖]實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

2.1 晶振與精度

晶體振蕩器在固定頻率振蕩器中能夠提供較高的精度，絕大多數(shù)RTC采用32.768kHz的晶體，晶體振蕩器輸出經(jīng)過(guò)分頻后會(huì)產(chǎn)生1Hz的基準(zhǔn)來(lái)刷新時(shí)間和日期。RTC的精度主要取決于晶振的精度，溫度變化時(shí)，音叉晶振所具有的拋物線型的頻率響應(yīng)特性曲線如圖1所示，23ppm的溫漂大約每月產(chǎn)生1分鐘的時(shí)鐘誤差。晶振一般在特定的電容負(fù)載下，其調(diào)諧振蕩在正確的頻點(diǎn)，而當(dāng)晶振調(diào)諧于12.5pF負(fù)載的RTC電路中時(shí)，使用6pF負(fù)載的晶振將會(huì)使時(shí)鐘變快。Dallas Semiconductor提供的所有RTC均采用內(nèi)部偏置網(wǎng)絡(luò)，因而晶振可直接連接到RTC的X1、X2引腳，而不需要額外的元件。由于RTC的晶振輸入電路具有很高的輸入阻抗（大約109Ω），因此，它與晶振的連線猶如一個(gè)天線，很容易耦合系統(tǒng)其余電路的高頻干擾。而干擾信號(hào)被耦合到晶振引腳將導(dǎo)致時(shí)鐘數(shù)的增加或減少。考慮到線路板上大多數(shù)信號(hào)的頻率高于32.768kHz，所以，通常會(huì)產(chǎn)生額外的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。因此，晶振應(yīng)盡可能靠近X1、X2引腳安裝，同時(shí)晶振、X1/X2引腳的下方最好布成地平面。圖2是一個(gè)推薦的晶振布線圖，其數(shù)字信號(hào)引腳需遠(yuǎn)離晶振和振蕩器引腳，對(duì)于那些會(huì)產(chǎn)生明顯的射頻輻射的元件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以屏蔽，并使其遠(yuǎn)離晶振，特點(diǎn)是低功耗晶振，它對(duì)鄰近的射頻干擾非常敏感，往往會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘加快。

另外，由于振蕩器啟動(dòng)時(shí)間、晶振的性能以及線路板的布局有關(guān)。實(shí)際上，較大的等效串聯(lián)電阻（ESR）和過(guò)大的電容負(fù)載都會(huì)延長(zhǎng)振蕩器的啟動(dòng)時(shí)間，而且，ESR較大時(shí)，還會(huì)造成較大的功率損耗。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照對(duì)晶振特片參數(shù)的要求來(lái)選擇晶振，同時(shí)應(yīng)提供合理的線路板布局以便使啟動(dòng)時(shí)間能夠控制在1秒鐘以內(nèi)。

2.2 功耗問(wèn)題

許多實(shí)時(shí)時(shí)鐘都采用電池供電，典型應(yīng)用是利用一塊小的鋰電池在主電源掉電時(shí)直接驅(qū)動(dòng)振蕩器和時(shí)鐘電路。為有效延長(zhǎng)電池的使用壽命，振蕩器必需消耗盡可能少的能量。為了保證這一點(diǎn)，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮振蕩器的設(shè)計(jì)。典型的高頻振蕩電路ESR較低，但設(shè)計(jì)中一般會(huì)留出5倍、甚至10倍的ESR裕量，而低頻晶振則具有較高的ESR。對(duì)于一個(gè)RTC振蕩器，或許留出2倍的負(fù)阻裕量即可，振蕩器的負(fù)阻裕量越小、耗電越低，但是，這種電路對(duì)寄生參數(shù)、噪聲非常敏感。此外，振蕩電路的負(fù)載電容對(duì)功耗也有一定影響，雖然12.5pF內(nèi)部負(fù)載的RTC的耗電要比6pF負(fù)載的RTC大，但是，它通常具有更高的抗干擾能力。

3 典型應(yīng)用電路

DS1340是Dallas Semiconductor推出的一款2線串行接口低功耗時(shí)鐘/日歷芯片，它具有涓流充電、時(shí)鐘校準(zhǔn)功能，可提供秒、分鐘、小時(shí)、星期、日期、月、年等信息，日期在月末可按照月、年自動(dòng)調(diào)整，并帶有潤(rùn)年修正。DS1340內(nèi)部的電源檢測(cè)電路可檢測(cè)主電源電壓，必要時(shí)能自動(dòng)切換到備用電源供電。其典型應(yīng)用電路連接方法如圖3所示，該電路的外部晶振要求典型振蕩頻率為32.768kHz，ESR低于45kΩ，負(fù)載電容為12.5pF。DS1340的數(shù)字時(shí)鐘校準(zhǔn)功能還可補(bǔ)償由于晶振和溫度變化產(chǎn)生的誤差，圖4給出了時(shí)鐘校準(zhǔn)的流程