创新时钟解决方案 意法半导体高精度实时时钟

这个温度传感器可大幅提高计时精度。实时温度补偿只需增加应用软件，因此无需增加额外的元器件。意法半导体的应用笔记AN2971详述了如何在系统级使用温度传感器提高M41T83-93系列实时时钟精度的方法。

这个方法是根据已知晶体抛物线特性制作一个ΔPPM （实际频率与32，768 Hz参考频率的偏差）－温度查阅表，然后执行下列步骤：

1. 测量温度，然后在查阅表中找到ΔPPM值。

2. 调整模拟校准寄存器的设置，以修改CXI和CXO（连接XI和XO引脚的内部电容阵列）的负载电容值。

因为模拟校准功能集成在实时时钟内，所以负载电容的变化能够影响晶体，降低或提高振荡频率。

还可以通过数字方式校准实时时钟。数字校准的原理非常简单，就是向时钟链定期增减脉冲，以加快或减慢时钟运行速度。

不管是采用模拟校准还是数字校准，系统级温度补偿都需要在电路板上安装温度传感器和内置校准功能的实时时钟以及相关的软件。

最佳方案——内置晶体的温度补偿型实时时钟

上文提及的解决方案不是成本昂贵就是系统复杂。要么无法显著解决温度误差问题，要么依靠外部温度传感器、电力线或微控制器，相关软件的开发成本昂贵。最大的缺陷是即使采用温度补偿方法，当主电源掉电时，仍不能在电池供电的方式下工作。因此，需要一个更好的解决方案！

最佳解决方案应该具有以下特性：

1. 将晶体、温度传感器和实时时钟集成在一个封装内。

2. 能够在-40℃至85℃温度范围内保证计时精度的高效补偿算法

3. 在电池供电模式下功耗极低

4. 简单易用，无需系统级软件开发

5. 低成本

意法半导体的M41TC8025是一个实时时钟整体解决方案，具有高成本效益，无需另行开发软件。晶体、温度传感器和实时时钟以及自动补偿算法都集成在一个封装内。只连接一个简单的外部电路，即可在-40 ℃至85 ℃的宽温度范围内取得极高的计时精度（±5 ppm）。见图6。在0 ℃至50 ℃的温度范围内，计时精度提高到±3.8 ppm，这个成绩超出了大多数应用的要求，包括智能电表。

M41TC8025功能框图与外部硬件连接

图5所示是 M41TC8025温度补偿实时时钟功能框图。这个内置温度传感器和补偿算法的普通石英晶体为应用提供了一个高精度的32.768Hz时钟源，这个分段时钟链提供超高精度的时钟和日历数值，处理器可通过I2C总线访问这些数值。

图5：所示是M41TC8025温度补偿实时时钟功能框图。

图6所示是 M41TC8025 硬件连接图。使用两个二极管可实现后备电池开关功能，以防主电池被反极性充电。

图6：M41TC8025硬件连接图

M41TC8025的其它特性

除计时精度非常高外，M41TC8025还有很多实用功能：

● 闹钟准许设置未来事件条件，然后由IRQ（中断）引脚发送信号。

● IRQ中断引脚还提供时间更新（秒更新或分钟更新，用户可配置）功能。

● 固定周期定时器中断功能通过IRQ引脚，在244.14 μs至4095分钟内，以可编程的固定周期产生周期性方波。

● 实时时钟的FOUT引脚输出1 Hz、1，024 Hz和32，768 Hz的可编程的精确频率，以便在产品出厂前进行精度检测。将外部使能引脚（FOE）接地，可禁用FOUT引脚。

● 虽然M41TC8025的功耗极低，工作电流在3.0 V电源电压时仅为0.8μA，用户还是可以设置温度补偿周期，按照是自己的需要选择精度－功耗比。

● 提供低电标志位。

结论

为满足市场对时钟精度的更高需求，半导体厂商正在研发创新的时钟解决方案，以提高计时精度。意法半导体的M41TC8025是一个实时时钟整体解决方案，在一个简单易用的封装内集成了晶体、温度传感器、自动温度补偿算法和实时时钟。该解决方案不仅计时精度极高，而且成本低廉，特别适用于智能电表等计时精度要求高的应用设计。