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首頁(yè)新聞中心 愛(ài)普生內建溫補晶振高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的特征

愛(ài)普生內建溫補晶振高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的特征

來(lái)源:http://www.wyss.net.cn 作者:zyp 2023年06月14
時(shí)間是我們日常生活中的基本概念?;疖?chē)運行管理、進(jìn)出場(chǎng)管理等各種處理系統和應用程序按照時(shí)間信息工作。在金融、股市 領(lǐng)域中,時(shí)間操縱著(zhù)巨大利益和損失。時(shí)間是我們的生活中不可缺少的部分。近幾年,我們周?chē)漠a(chǎn)品也搭載了時(shí)間功能,可能 很難找到?jīng)]有時(shí)間功能的產(chǎn)品。在社會(huì )的各個(gè)領(lǐng)域還存在著(zhù)為數眾多的需要更精確時(shí)間的應用程序,例如金融處理系統、安全系 統、電表等。為了獲得更為精確的時(shí)間,必須擁有起振高精度頻率的元器件和控制元器件的芯片。愛(ài)普生生產(chǎn)和銷(xiāo)售的模塊將能 夠起振高精度、高穩定頻率的石英晶體振蕩器和起到控制功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片合為一體。本次,我們將解說(shuō)愛(ài)普生高精度、低耗 能實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的特征(功能)及結構。
一【愛(ài)普生實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的特征】
實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊是將 32.768kHz 石英晶體振蕩器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片合為一體的產(chǎn)品,具備振蕩電路、時(shí)鐘功能、日歷功能和報警功 能等。愛(ài)普生自己開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊中使用的石英晶體振蕩器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。因此,可以穩定供給最適于高精度實(shí)時(shí)時(shí) 鐘模塊的石英晶體振蕩器,以及在最佳條件下驅動(dòng)該振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。而且,愛(ài)普生半導體技術(shù)的應用從世界首塊實(shí)用型 石英電子手表起步,還被用于奧運會(huì )公式計時(shí)系統和以“Grand Seiko”為代表的精工牌高級手表的心臟部控制。這些用于控制 芯片的半導體技術(shù)與杰出的低耗能、高穩定石英振蕩技術(shù)相結合,形成了高品質(zhì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的基礎。 如上所述,我們通過(guò)自己開(kāi)發(fā)石英晶體振蕩器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片,實(shí)現最佳匹配,最大發(fā)揮雙方的實(shí)力,從而為顧客提供能發(fā)揮 高性能的產(chǎn)品。這正是愛(ài)普生實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的特征。
【用于時(shí)鐘的石英晶體振蕩器頻率精度】
根據市場(chǎng)要求(能以極低的耗電量保持現在的時(shí)刻),用于計時(shí)的低頻 時(shí)鐘一般采用音叉型石英晶體振蕩器。 音叉型石英晶體振蕩器驅動(dòng)時(shí)耗電量少的反面,其頻率溫度特性為圖 1 所示的二次曲線(xiàn)。所以,在進(jìn)行時(shí)鐘誤差設計時(shí),除了室溫(+25℃) 條件下的頻率公差以外,還應當考慮到二次曲線(xiàn)的頻率溫度特性公差。 假設在-40℃的條件下使一般的音叉型石英晶體振蕩器連續工作 1 個(gè)月, 那么其振蕩頻率公差將達到-150×10-6 左右,相當于出現 6 分鐘(月差 6 分鐘)以上的時(shí)間誤差。 為此,設計人員也許會(huì )考慮使用 AT 型石英晶體等頻率溫度特性較好的 振蕩器作為波源。但 AT 型石英晶體的振蕩頻率通常達到幾 MHz,所以 需要在振蕩電路中進(jìn)行分頻,以達到用于時(shí)鐘時(shí)的頻率。 這時(shí),在振蕩電路中消耗的電流將達到使用音叉型石英晶體振蕩器時(shí)的數百倍。因此,我們認為把 AT 型石英晶體用于作為時(shí)鐘 波源的方法不符合市場(chǎng)要求。
 
三【使用數字式 TCXO 的頻率精度補償方法】
如圖 1 所示,音叉型石英晶體振蕩器具有振蕩頻率隨周?chē)鷾囟榷兓奶匦?,為提高時(shí)鐘精度則需進(jìn)行精度補償。圖 2 表示的 是愛(ài)普生所采用的通過(guò)數字式 TCXO 溫度補償而進(jìn)行的頻率精度補償方法。
該方法每隔一定周期將周?chē)鷾囟刃畔⑥D換成數字,從內存中呼出該溫度相應的補償值,對振蕩頻率進(jìn)行補償。振蕩頻率補償方 式可分為兩大種類(lèi):電容調整方式和邏輯調整方式。愛(ài)普生實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊中主要使用電容調整方式。在后面中說(shuō)明補償方式。

<電容調整方式>
電容調整方式指通過(guò)改變石英振蕩頻率進(jìn)行補償的方法。該方式利用振蕩頻率隨石英晶體振蕩器的振蕩負載電容的增減而變化 的特點(diǎn),補償因周?chē)鷾囟榷a(chǎn)生的頻率變動(dòng)。簡(jiǎn)易原理用圖 3 表示。
圖 3 左表示音叉型石英晶體振蕩器的頻率溫度特性,圖 3 右表示頻率隨負載電容而變化的電容調整特性。補償的具體內容包括 根據周?chē)鷾囟娶偾蟪鲱l率變量②,并推導出該頻率變量②相應的負載電容變量③。將該溫度相應的負載電容變量作為補償值呼出 后,對振蕩頻率進(jìn)行補償。該方式直接對振蕩頻率進(jìn)行補償,因此可以把實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的振蕩輸出補償為高精度后作為低頻的休 眠時(shí)鐘使用。

<邏輯調整方式>
邏輯調整方式指不調整石英晶體振蕩器的頻率而起振,在分頻電路的一部分增減脈沖進(jìn)行補償的方法。簡(jiǎn)易原理用圖 4 表示。 補償的具體內容包括根據周?chē)鷾囟娶偾蟪鲱l率變量②,在分頻電路中對該頻率變量②相應的頻率進(jìn)行補償后輸出。 如圖 4 所示,通常由 32768 個(gè)脈沖生成“1 秒”的時(shí)間,若改為由 32767 個(gè)脈沖生成“1 秒”信號,就可以縮短 1 秒的周期。 假如以每秒一次的頻度執行該補償,其頻率補償量則相當于約 30.5×10-6。通過(guò)調整生成 1 秒的脈沖數以及變更補償頻度,就可 以在不更改振蕩電路的條件下進(jìn)行較大的補償。而且,該方式使用邏輯電路進(jìn)行調整,最終將正確輸出轉動(dòng)時(shí)鐘的 1 秒信號,因 而被廣泛用于以 1 秒工作的手表等的時(shí)鐘源。然而,輸出到外部的時(shí)鐘信號周期因溫度補償而急劇變化,因此將導致使用該時(shí)鐘 的 CPU 不能以正確時(shí)間工作,使用這種補償方式時(shí)周?chē)脑骷o(wú)法享受其恩惠。

圖 5 表示使用數字式 TCXO 進(jìn)行頻率精度補償(電容調整方式)的愛(ài)普生實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的頻率溫度特性。

與音叉型石英晶體振蕩器的溫度特性(圖 5 中的綠線(xiàn))相比,可以看出愛(ài)普生實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的補償后的溫度特性(圖 5 中的藍 線(xiàn))在較大的溫度范圍內保持穩定,時(shí)鐘誤差僅相當于月差 9 秒(頻率精度為±3.4×10-6),實(shí)現了高精度、高穩定。
四【愛(ài)普生內建數字式 TCXO 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊產(chǎn)品介紹】
愛(ài)普生的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊產(chǎn)品使用數
字式 TCXO 進(jìn)行頻率補償后獲得了出色的頻率精度,并擁有高精度、高穩定和低耗電的特點(diǎn)。 表 1 表示愛(ài)普生產(chǎn)品的特征及概要。
表 1:內建數字式 TCXO 的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的介紹
產(chǎn)品名稱(chēng) 特征 接口方式 外形尺寸[mm]
RX-4803LC · 內建 32.768kHz 溫度補償振蕩器(數字式 TCXO)波源
·頻率精度: (-40 至+85℃時(shí)±3.4×10-6 ,-40 至+85℃時(shí)±5×10-6)
·1/100 秒定時(shí)器控制寄存器
·接口電壓范圍: 1.6V-5.5V
·溫度補償工作電壓范圍: 2.2V-5.5V
·計時(shí)(保持)電壓范圍: 1.6V-5.5V
·可選擇頻率的時(shí)鐘輸出(32.768kHz、1024Hz、1Hz)
· 時(shí)鐘、日歷功能、報警功能、定時(shí)功能、內建 EVIN 輸入功能 
 
·可通過(guò)連接端子而作為振蕩器(32.768kHz 數字式 TCXO)使用
4-wire SPI LC : 3.6×2.8×1.2t    (VSOJ-20pin)
 
RX-8803LC I2C bus
RX-4803SA 4-wire SPI SA : 10.1 ×7.4×3.3t    (SOP- 14pin)
RX-8803SA I2C bus
愛(ài)普生的產(chǎn)品不僅具有出色的頻率穩定性,還準備了 LC 、SA 兩種外形尺寸,使其兼備實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊不可或缺的功能。
綜上所述, 愛(ài)普生憑借具有低耗電優(yōu)勢的音叉型石英晶體振蕩器生產(chǎn)技術(shù)及頻率溫度特性的補償電路技術(shù), 向市場(chǎng)提供高精度、 低耗電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊產(chǎn)品。而且, 我們的產(chǎn)品在出廠(chǎng)前調整頻率精度, 在保證了精度的基礎上提供給顧客, 所以使用時(shí)不需要調 節頻率,為顧客提高設計效率和產(chǎn)品品質(zhì)做出巨大貢獻。

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