CN111399418B - 一种低功耗断电守时模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗断电守时模块，涉及守时技术领域。该模块包括单片机、温度传感器、低功耗晶振、时差测量芯片、电源模块以及电池。本发明可在时钟同步设备断电后，依靠断电守时模块内置电池保持准确的时间信息，为设备电源恢复后提供时间参考，特别适用于各类授时、守时终端。

Description

一种低功耗断电守时模块
技术领域
本发明涉及守时技术领域，特别是指一种低功耗断电守时模块。
背景技术
各类地面、车载、船载、机载授时及守时终端，可通过跟踪外部参考信号，驯服内置铷原子钟或恒温晶体振荡器以获取时间信息。为避免外部电源故障造成时间丢失，往往采用内置大容量电池的方式，为设备整机提供短时电池供电，使其继续保持设备内部时间准确性。然而，这类方法具有以下缺点：
1、需配备大容量电池，占用空间大、成本高；
2、设备功耗高、守时时间短；
3、大容量电池充电慢，充电电路复杂，降低整机可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种低功耗断电守时模块，可有效降低功耗，提高守时时间，降低电路复杂度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种低功耗断电守时模块，包括单片机1、温度传感器2、低功耗晶振3、时差测量芯片4、电源模块5以及电池6；
其中，低功耗晶振3用于产生内部基准10MHz信号，温度传感器2用于测量低功耗晶振3的温度，单片机1使用低功耗晶振3 产生的10MHz信号生成内部1PPS信号，电源模块5用于对电池6进行充放电管理及电平转换；
初次上电后，时差测量芯片4测量外部输入的参考1PPS信号与内部1PPS信号的时间差，单片机1采集时差测量芯片4测得的时间差以及温度传感器2输出的温度值，计算参考1PPS信号与内部1PPS信号间的频差和相差，并根据频差和相差对单片机内部的分频定时器进行调整，实现对参考1PPS信号的跟踪；同时，跟踪过程中，单片机1记录分频定时器每一次的调整量以及相应的温度值和时间信息，对调整量和温度值进行拟合，得到晶振的温度特性，对调整量和时间进行拟合，得到晶振的老化特性；
断电时，通过电池给单片机和低功耗晶振供电，单片机1依靠低功耗晶振3维持内部的时间信息；同时，单片机1依据之前得到的晶振温度特性和老化特性，推测晶振频率，并动态调整分频定时器的分频调整参数和相位调整参数，实现高精度守时；
重新加电后，测量外部输入1PPS与内部维持的时间信息的时间差，并通过通信接口上报该时间差。
本发明采用上述技术方案所带来的有益效果如下：
1、实现低功耗断电守时，可在有限体积内实现长时间断电守时功能；
2、模块内置充电电池及充电电路，降低集成复杂度。
附图说明
图1为本发明实施例中低功耗断电守时模块的硬件原理示意图；
图2为本发明实施例中无压控技术的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
一种低功耗断电守时模块，包括单片机、温度传感器、低功耗晶振、时差测量芯片、电源模块以及电池；
其中，低功耗晶振用于产生内部基准10MHz信号，温度传感器用于测量低功耗晶振的温度，单片机使用低功耗晶振 产生的10MHz信号生成内部1PPS信号，电源模块用于对电池进行充放电管理及电平转换；
初次上电后，时差测量芯片测量外部输入的参考1PPS信号与内部1PPS信号的时间差，单片机采集时差测量芯片测得的时间差以及温度传感器输出的温度值，计算参考1PPS信号与内部1PPS信号间的频差和相差，并根据频差和相差对单片机内部的分频定时器进行调整，实现对参考1PPS信号的跟踪；同时，跟踪过程中，单片机记录分频定时器每一次的调整量以及相应的温度值和时间信息，对调整量和温度值进行拟合，得到晶振的温度特性，对调整量和时间进行拟合，得到晶振的老化特性；
断电时，通过电池给单片机和低功耗晶振供电，单片机依靠低功耗晶振维持内部的时间信息；同时，单片机依据之前得到的晶振温度特性和老化特性，推测晶振频率，并动态调整分频定时器的分频调整参数和相位调整参数，实现高精度守时；
重新加电后，测量外部输入1PPS与内部维持的时间信息的时间差，并通过通信接口上报该时间差。
具体来说，如图1所示，一种低功耗断电守时模块，主要包括单片机1、温度传感器2、低功耗晶振3、时差测量芯片4、电源模块5、电池6。
其中，低功耗晶振3产生内部基准10MHz信号，送至时差测量芯片4作为参考频率，同时单片机使用低功耗晶振10MHz信号，通过内部定时器生成1PPS信号送时差测量芯片作为测量参考。
在设备正常工作状态下，外部参考有效，单片机采集时差测量芯片4的时差测试值及温度传感器2输出的温度值，并计算参考信号与低功耗晶振间频率偏差。
在设备断电后，外部参考无效，时差测量芯片进入休眠模式，单片机依靠低功耗晶振维持内部时间信息，由电池给单片机和低功耗晶振供电。
设备重新加电后，测量外部输入1PPS与内部维持1PPS时差，并通过通信接口上报供整机时间调整用的时差信息。电源模块5负责电池6的充放电管理及电平转换。
为了简化模块硬件组成，降低功耗，该模块采用了无压控技术，实现原理如图2所示，其具体方式如下：
1）正常跟踪参考信号期间，低功耗晶振和外参考秒进行比相，测量出低功耗晶振的频差和相差；
2）根据频差和相差对输出分频定时器进行调整，输出高精度的1PPS；
3）同时采集环境温度，根据测量的频率，结合时间因数和环境温度因数，采用多源模型，分别计算出晶振的老化和温度特性；
4）进入守时期间，根据学习的温度特性、老化特性，推测晶振频率，动态调整分频和相位调整参数，实现高精度守时。
总之，本发明实现了一种低功耗断电守时模块，可在时钟同步设备断电后，依靠断电守时模块内置电池保持准确的时间信息，为设备电源恢复后提供时间参考，特别适用于各类授时、守时终端。

Claims (1)

1.一种低功耗断电守时模块，包括单片机(1)、温度传感器(2)、低功耗晶振(3)、时差测量芯片(4)、电源模块(5)以及电池(6)；其特征在于，
其中，低功耗晶振(3)用于产生内部基准10MHz信号，温度传感器(2)用于测量低功耗晶振(3)的温度，单片机(1)使用低功耗晶振(3) 产生的10MHz信号生成内部1PPS信号，电源模块(5)用于对电池(6)进行充放电管理及电平转换；
初次上电后，时差测量芯片(4)测量外部输入的参考1PPS信号与内部1PPS信号的时间差，单片机(1)采集时差测量芯片(4)测得的时间差以及温度传感器(2)输出的温度值，计算参考1PPS信号与内部1PPS信号间的频差和相差，并根据频差和相差对单片机内部的分频定时器进行调整，实现对参考1PPS信号的跟踪；同时，跟踪过程中，单片机(1)记录分频定时器每一次的调整量以及相应的温度值和时间信息，对调整量和温度值进行拟合，得到晶振的温度特性，对调整量和时间进行拟合，得到晶振的老化特性；
断电时，通过电池给单片机和低功耗晶振供电，单片机(1)依靠低功耗晶振(3)维持内部的时间信息；同时，单片机(1)依据之前得到的晶振温度特性和老化特性，推测晶振频率，并动态调整分频定时器的分频调整参数和相位调整参数，实现高精度守时；
重新加电后，测量外部输入1PPS与内部维持的时间信息的时间差，并通过通信接口上报该时间差。
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