在非常溫的工作環(huán)境下，RTC時(shí)鐘出現(xiàn)偶發(fā)性的延時(shí)或者超時(shí)現(xiàn)象，成熟的RTC電路設(shè)計(jì)看似簡(jiǎn)單，但如何保證RTC時(shí)鐘的精確度;在出現(xiàn)偶發(fā)性異?，F(xiàn)象時(shí)，如何快速定位和解決問(wèn)題;本文將分享一個(gè)案例。

一、案例情況

工控板使用了NXP的PCF8563 RTC 芯片方案，在研發(fā)做環(huán)境溫度摸底測(cè)試的時(shí)候， RTC時(shí)鐘出現(xiàn)偶發(fā)性延時(shí)或者超前現(xiàn)象，于是研發(fā)展開一系列的問(wèn)題定位。

二、排查分析

1、工控板使用了NXP的PCF8563 RTC 芯片方案，該方案是外置32.768kHz的石英晶體和電容，該RTC芯片的輸出精度取決于其外接的石英晶體輸出的時(shí)鐘頻率是否精準(zhǔn)。石英晶體本身輸出頻率帶有一定的誤差，常溫25℃下，頻率的誤差為±20ppm，平均誤差可達(dá)5分鐘/年。且隨著時(shí)間的增加，晶體電路元件的緩慢變化會(huì)造成長(zhǎng)期性的頻率漂移。同時(shí)，在外部溫度較為極端的時(shí)候，時(shí)鐘震蕩回路可能出現(xiàn)異常，影響到RTC的正常計(jì)時(shí)。

2、工控板RTC芯片供電電池選用了型號(hào)為CR2032的鋰二氧化錳電池，該電池理論工作溫度范圍是-30℃~60℃。和其他鋰電池類似，若外部溫度較為極端的時(shí)候，會(huì)改變其內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電池壽命的降低或者電壓異常的風(fēng)險(xiǎn)，從而影響RTC電路的正常工作。

三、解決方案

極限溫度下長(zhǎng)時(shí)間的高精度保證，有以下的解決方案：

1、選擇帶有溫度補(bǔ)償?shù)腞TC芯片如EPSON的RX-8025T。這款芯片是內(nèi)置32.768kHz的晶體，具有高精度的溫度補(bǔ)償功能，輸出的波形都是經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)過(guò)的，這樣可以提高RTC的穩(wěn)定性和精度。因?yàn)閮?nèi)嵌的晶體已經(jīng)經(jīng)過(guò)高溫老化處理，比獨(dú)立的晶體有更好的穩(wěn)定性，精度誤差在-40℃~85℃范圍內(nèi)小于±5ppm。

2、選擇工業(yè)級(jí)電池(例如：FANSO ER14505)，理論上在工作溫度-40~85°范圍內(nèi)能正常工作。參考電路圖如圖2所示：

由圖2可知，RTC芯片工作電源由系統(tǒng)VCC_3.3電源和電池電源兩部分組成。此電源電路的設(shè)計(jì)目的是當(dāng)有外部電源供電時(shí)，RTC時(shí)鐘工作時(shí)使用由外部電源經(jīng)LDO轉(zhuǎn)化而來(lái)的VCC_3.3電源，當(dāng)外部電源停止供電時(shí)就自動(dòng)切換到電池電源供電。這樣可以保證RTC芯片一直能夠正常地工作，同時(shí)可以延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。此電路的設(shè)計(jì)如以下所述：

1)電源切換電路設(shè)計(jì)

由RX-8025T芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)上可知，其工作電壓范圍是1.7V到5.5V;系統(tǒng)電源為3.3V、工業(yè)級(jí)電池ER14505電壓為3.6V;可以通過(guò)二極管的正向?qū)ㄌ匦詠?lái)自動(dòng)切換系統(tǒng)電源和電池電源的供電狀態(tài)，使得RTC芯片能夠保持正常工作狀態(tài)。

由于系統(tǒng)電源電壓為3.3V，電池電壓為3.6V;如果要做到優(yōu)先使用系統(tǒng)電源，那么就需要系統(tǒng)電源經(jīng)過(guò)二極管后的電壓比電池經(jīng)過(guò)二極管后的電壓要高，這樣才能保證由系統(tǒng)電源優(yōu)先工作?？梢酝ㄟ^(guò)選擇兩只不同管壓降的二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，二極管SS14的正向?qū)妷簽?.2V左右，1N4148的正向?qū)妷簽?.7V左右。那么可以在系統(tǒng)電源線路上串接一只SS14二極管，而在電池供電線路上串接一只1N4148二極管;這樣當(dāng)外部供電時(shí)，系統(tǒng)電源經(jīng)過(guò)SS14后得到的電壓值大于電池經(jīng)過(guò)1N4148后的電壓值，此時(shí)由主電源供電;當(dāng)外部電源停止供電后，電路自動(dòng)切換成電池供電狀態(tài)。

圖 3 電源切換電路

2)電壓滯后處理

ER14505電池是一種供電電壓為3.6V ，容量為2700mAh的鋰亞硫酰氯電池;它的自身容量損耗極小，可以忽略不計(jì)。以待機(jī)電流為20uA計(jì)算，電池的供電可以達(dá)15年左右。

但是在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)電源長(zhǎng)期供電后，突然切換到電池供電時(shí)發(fā)生電壓不足，導(dǎo)致RTC時(shí)鐘出現(xiàn)異常，其根本原因是電池發(fā)生了鈍化現(xiàn)象。

當(dāng)RTC芯片由系統(tǒng)電源供電時(shí)，鋰電池相當(dāng)于閑置開路，如果電池閑置的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么電池的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生鈍化膜，而切換到鋰電池供電時(shí)，如果滯后的電壓低于時(shí)鐘芯片的工作電壓，那么時(shí)鐘芯片就會(huì)完全“失壓”，系統(tǒng)時(shí)鐘就會(huì)恢復(fù)到初始時(shí)間，導(dǎo)致時(shí)鐘工作異常。為了消除這種現(xiàn)象的影響，我們可以通過(guò)在時(shí)鐘芯片的電源上增加儲(chǔ)能電容，以消除這種影響。

3)控制鈍化膜生成