RTC(Real_Time Clock)為整個(gè)電子系統提供時(shí)間基準，MCU、MPU、CPU均離不開(kāi)RTC電路設計，在設計、應用RTC單元時(shí)，常常會(huì )發(fā)現延時(shí)、超時(shí)或者功耗過(guò)大現象，如何解決RTC精度以及功耗問(wèn)題呢？本文將為您介紹時(shí)鐘芯片PCF8563應用設計，并給出相應的解決方法。
一、什么是RTC
實(shí)時(shí)時(shí)鐘(Real_Time Clock)簡(jiǎn)稱(chēng)為RTC，主要為各種電子系統提供時(shí)間基準。通常把集成于芯片內部的RTC稱(chēng)為片內RTC，在芯片外擴展的RTC稱(chēng)為外部RTC，PCF8563是一款低功耗的CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷外部芯片，支持可編程時(shí)鐘輸出、中斷輸出、低壓檢測等，與處理器通過(guò)I2C串行總線(xiàn)進(jìn)行通信，zui大總線(xiàn)速率可達400kHz。
二、RTC精度設計
RTC的主要職責就是提供準確的時(shí)間基準，計時(shí)不準的RTC毫無(wú)價(jià)值可言。目前部分MCU在片內已集成RTC，實(shí)際測試中在電池供電6小時(shí)環(huán)境下片內RTC的偏差在1-2分鐘。因此，若對實(shí)時(shí)時(shí)鐘有較高的要求則需優(yōu)先考慮外擴RTC，同時(shí)要求時(shí)鐘精度更高的RTC，比如PCF8563，表1所示是不同RTC的時(shí)鐘精度對比。
表1 常見(jiàn)RTC時(shí)鐘精度對比
1）電路設計
RTC設計電路簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單，時(shí)鐘芯片的選擇、晶振的選擇、電路設計、器件放置、阻抗控制、PCB走線(xiàn)規范均會(huì )影響RTC的時(shí)間基準的穩定性， 圖 1為RTC芯片PCF8563電路設計。
圖1 PCF8563參考電路圖
2）晶體對地電容容值選擇
負載電容Cload= [ (Ca*Cb)/(Ca+Cb) ]+Cstray，其中Ca、Cb為接在晶體兩引腳到地的電容，Cstray為晶體引腳至處理器晶體管腳的走線(xiàn)電容（即雜散電容總和），一般Cstray的典型值取4~6pF之間；如要滿(mǎn)足晶體12.5pF負載電容的要求，Cload= [ (15*15)/(15+15) ]+5=12.5pF。
圖2 常見(jiàn)時(shí)鐘電路
3）PCB布線(xiàn)
由于RTC的晶振輸入電路具有很高的輸入阻抗，因此它與晶振的連線(xiàn)猶如一個(gè)天線(xiàn)，很容易耦合系統其余電路的高頻干擾。而干擾信號被耦合到晶振引腳導致時(shí)鐘數的增加或者減少，考慮到線(xiàn)路板上大多數信號的頻率高于32.768kHz，所以通常會(huì )發(fā)生額外的時(shí)鐘脈沖計數，因此晶振應盡可能靠近OSC1 和OSC2引腳放置，同時(shí)晶振、OSC1 和OSC2的引腳zui好布成地平面，具體PCB布線(xiàn)如圖3所示。
圖3 PCB布線(xiàn)
4）電路相關(guān)說(shuō)明
如圖1所示，R56、R57為 I2C 總線(xiàn)上拉電阻，PCF8563中斷輸出及時(shí)鐘輸出均為開(kāi)漏輸出，所以也需要外接上拉電阻，如圖1中的的R58、R59，若不使用這兩個(gè)信號，對應的上拉電阻可以不用。
對于PCF8563芯片，需外接時(shí)鐘晶振32.768kHz (如圖1的 X1)，推薦使用±20ppm或更穩定的晶振。PCF8563典型應用電路推薦使用 15pF的晶振匹配電容，實(shí)際應用時(shí)可以作相應的調整，以使RTC獲得更高精度的時(shí)鐘源。一般晶振匹配電容在15pF～21pF之間調整(相對于±20ppm精度的 32.768kHz晶振)，15pF電容時(shí)時(shí)鐘頻率略偏高，21pF電容時(shí)時(shí)鐘頻率略偏低。
5）精度調整方法
1.設置PCF8563時(shí)鐘輸出有效(CLKOUT)，輸出頻率為32.768kHz；
2.使用高精度頻率計測量CLKOUT輸出的頻率；
3.根據測出的頻率，對 CB1、CB2、CB3作短接或斷開(kāi)調整，頻率比32.768kHz偏高時(shí)，加大電容值，頻率比32.768kHz偏低時(shí)，減小電容值。
說(shuō)明：圖1中的 C41、C42、C43的值在1pF～3pF之間，根據實(shí)際情況確定組合方式，以便于快速調整，推薦使用(3pF、3pF、3pF)、(1pF、2pF、3pF)、(2pF、3pF、4pF)。
三、RTC低功耗設計
很多RTC設計成可以只依靠一塊電池供電就能工作，如果主電源關(guān)閉，僅依靠一小塊鋰電池就能夠驅動(dòng)振蕩器和整個(gè)時(shí)鐘電路，如何降低RTC電路工作時(shí)功率消耗？
通過(guò)應用幾種不同的方法可以降低RTC功耗：
選擇低功耗的RTC，比如PCF8563,表2所示是不同RTC的功率消耗對比
表2 常見(jiàn)RTC功率消耗對比
RTC電源切換電路中，選擇漏電流小的二極管比如BAV74，當系統電源電壓3.3V斷開(kāi)時(shí)，BT1鋰電池CR2032(3V/225mAh)通過(guò)二極管向RTC供電；
圖4 RTC電源切換電路
盡量少而且合理地訪(fǎng)問(wèn)RTC，減少I(mǎi)2C總線(xiàn)的動(dòng)態(tài)電流；
將 I2C 總線(xiàn)的上拉電阻設計得盡量大些，比如10k；
在應用時(shí)，通過(guò)設置寄存器關(guān)閉RTC的時(shí)鐘CLKOUT輸出。