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为什么要用内置晶体的实时时钟芯片替代32.768kHz晶振晶体?

实时时钟(RTC)可独立完成计时或事件记录的功能。目前很多电子产品都具有时钟计时功能,而且对时钟的精度要求越 来越高。RTC 产品种类繁多,根据封装尺寸、接口方式、附加功能、时钟精度、待机功耗等进行分类。产品结构上又可分为内置晶体和外置晶体两种。一般晶体外置这种结构的 RTC 成本较低,但是在设计中常常会遇到以下问题:

1. 外接晶体的选择

不同厂家、不同批次的晶体产品会在个别参数上不尽相同。按照同一标准设计就可能带来较大的时钟误差。为了得到较高精度的时钟,要求晶体厂商对32k 晶体进行精度筛选。筛选后提供室温下±20ppm 至±10ppm,甚至±5ppm 的频率精度,但是这不能保证实际设计中的精度需求,因为晶体的实际频率输出精度由晶体和起振电路共同决定,因此即使使用了±5ppm的晶体仍然得不到理想 的精度要求就是这个原因。不同的RTC芯片对晶体的CL值要求不同,如果匹配不当就会带来非常大的误差,同时也会带来起振缓慢或起振困难等问题。实际设计 中确实会经常遇到此类问题。因此,晶体的选择无疑为客户带来额外的劳动量。

2. 生产和应用中遇到的问题

外置晶体增加了元件数量,也就增加了不良率的风险。外接晶体放置的位置也会对产品性能产生影响,一般要求晶体越靠近IC的频率引脚越好,走线尽量的短,不 要有高频信号线穿过晶体区域等。另外,由于成本的因素考虑,部分客户会选择直插型32k晶体,这也增加了生产的负担和效率。

高温高湿、高污染的应用环境下,对于外置晶体的RTC设计是种考验。这种环境条件下容易增加晶体部分的线路阻抗和寄生电容,导致起振困难和精度变差等问题。整个回路特性的变化也会对晶体本身带来损害,导致产品存在失效的隐患。

3. 难以实现温度补偿

由于材料本身的特性所决定,温度对32k 晶体会产生较大的影响,导致时钟精度漂移。因此在较高要求的应用场合就需要进行温度补偿。温度补偿主要是利用32k 晶体的温度—频率曲线(Δf/f = B*(T - To)2 + fo)将温度带来的误差进行补偿的一种方法。但是不同厂家晶体的曲率系数B 不尽相同,同时晶体的电路匹配也会使得fo(参比温度下的频率偏差)发生变化,导致各个温度点对应的频率偏差发生变化,系统将没有办法对其进行温度补偿。如果要实现高精度的温度补偿就要对每个晶体进行参数标定,很显然这是不现实的。

为了解决上述问题,EPSON为客户提供内置32k晶体的各种接口以及具有附加功能的RTC产品。

内置晶体的RTC 具有以下优点:

1. 减少器件数量,使得设计更加紧凑可靠。可以做到小型化和高可靠性。不用再考虑晶体的布局和走线,另外所有产品都采用SMD封装,可以提高生产品质和效率。

2. 内置晶体可以保证时钟精度的一致性,可以避免除了温度以外的因素对精度的影响。同时可以为客户节省晶体匹配所花费的精力和时间。EPSON在出厂前对每颗产品都进行了频率标定。

3. EPSON可以提供内置32k的DTCXO(数字温度补偿振荡器)的超高精度的RTC产品。可以实现±5×10-6 / -40~+85℃。(实测数据如下图)

  • 4. 可以实现产品的低功耗特性,可以大大增加备用电池的使用寿命。为超长的时钟数据保持提供可能。
  •  
  • 总之,EPSON作为全球最具实力的时钟器件提供商,我们致力为客户提供高精度、高可靠性、具有多种接口、功能丰富的RTC 产品,并可根据应用的实际需要设计出更受广大用户欢迎的产品。如果客户有任何问题和需求,可以直接电邮 :nj@nscn.com.cn
  • 选型参考
  • 汽车电子用EPSON晶振晶体规格一览表

    32.768kHz晶体谐振器 / kHz 范围 型号 外部尺寸 [mm] 额定频率范围 [kHz] 频率公差 (标准) [x10-6] @+25C 工作温度 [C] 目录 FC-13A 3.2x1.5x0.9 32.768kHz 20 /30 /50 -40~+125 253KB MC-30A 8.0x3.8x2.54 32.768kHz 20 /50 -40~+85 276KB 20kHz~120kHz 50

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