CN2662308Y - 一种低温漂实时时钟电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种低温漂实时时钟电路。现有实时时钟外围受温度影响漂移较大，若选用温度补偿晶体振荡器，成本偏高。本实用新型运用温度传感器、模拟数字转换器、微控制器、实时时钟等，组成了一种低温漂实时时钟电路。该电路针对实时时钟电路的应用特点，结合其调校功能，实现了本实用新型的目的。该电路低成本、低温漂、效果好。

Description

一种低温漂实时时钟电路

技术领域

本实用新型涉及一种灵活的、低成本、低温漂实时时钟电路。

背景技术

实时时钟(Real Time Clock)电路，被广泛地应用于各种需要记录时间、日期的仪器仪表中，一般而言，这些应用对于实时时钟的精确度要求都比较高。

在某一温度下，可以通过选取、修调实时时钟外围器件，如晶体振荡器、频率补偿电容，来达到较高的时钟精确度；也可以通过数字的方法，调整一定周期内的时钟分频系数来实现更高的时钟精确度，一般可达到±2ppm(约±0.17秒/天)以下的误差。但由于实时时钟主要外围器件，音叉型石英晶体的频率温度漂移较大，一般而言，其在-10℃～60℃的范围内，频率变化约为±50ppm(约±4.32秒/天)。这就使得实时时钟电路在温度变化较大，特别是季节温度变化较大的环境中，难以实现较高的精确度。

一般为实现低温度漂移的实时时钟，会选用温度补偿晶体振荡器(TCXO)，作为实时时钟电路的时钟源，可以在-40℃～85℃的温度范围内达到±7.5ppm的精确度。但是由于TCXO电路复杂，精度要求高，导致电路成本很高：即使近年出现的数字补偿晶体振荡器(DTCXO)采用大规模数字电路，通过调节变容二极管的电压或调节频率补偿电容网络来实现更高精度的温度补偿(在-40℃～85℃内达到±0.2ppm的精确度)，但由于电路中一般需包括温度传感器、ADC、存储器、DAC、变容二极管或电容网络，导致DTCXO成本仍比较高。

发明内容

本实用新型的目的是设计出一种灵活、低成本、低温漂的实时时钟电路。

为了降低低温漂实时时钟电路的成本，本实用新型提供一种实时时钟电路，针对实时时钟电路应用的特点，结合实时时钟的调校功能，通过较少的低成本其它元件，实现了低温漂的实时时钟电路，避免了使用成本较高的TCXO或DTCXO。

本实用新型的实时时钟结构包括温度传感器，模拟数字转换器，微控制器，存储器和可数字调校的实时时钟，其连接关系如下：温度传感器后面连接模数转换器ADC，模数转换器后连微控制器，微控制器与存储器相连，其后与实时时钟电路相连，以获得实时时钟调校值，产生在调校周期内低温漂时钟信号。

本实用新型的上述电路是通过环境温度的相对数值，改变实时时钟调校的配置，实现低温漂的实时时钟电路的结构。上述结构通过低速ADC周期性地测量温度传感器上的电压，得到与当前温度对应的电压转换数值，由MCU将该转换数值对应为相应的实时时钟电路的调校值，并将该调校值置入实时时钟的调校寄存器中，实时时钟数字调校电路根据该调校值，产生在一定调校周期内(如10秒)的低温度漂移的时钟计时信号，从而实现低温漂的实时时钟电路。

结合电路结构框图(图1)，本实用新型技术方案详述如下：

图1中温度传感器将环境温度转换为电压信号，一个最简单的二极管即可实现该功能。

图1中的ADC将温度传感器输出的电压转换为与当前温度对应的数值，该ADC可使用MCU自带的ADC或其他的低成本ADC。由于实时时钟应用环境的温度一般为缓变量，故转换速率低至秒级的ADC已满足应用；而由于晶体精确度在-40～85℃范围内的平均温度漂移一般为1～2ppm/℃，所以8～10位分辨率的ADC已满足测量与温度相对应的电压数值的要求。

图1中的MCU完成将当前温度传感器输出电压转化数值，对应为相应的实时时钟电路的调校值的功能，该调校值可通过晶体典型温度漂移曲线的计算得到，也可通过电压转化数值与实时时钟电路调校值的查找表的查找操作实现。查找表的数据可固化在MCU程序存储区中，也可放于不挥发存储器(如EEPROM，也可使用MCU中的存储器)中，后者可实现更大的灵活度，对于不同的晶体只要更改不挥发存储器中的查找表即可实现低温度漂移的特性。由于在绝大多数应用实时时钟电路的应用系统中都会使用的MCU，故该MCU的使用不会增加系统成本，且由于温度的测量及调校值的设置的速度要求很低，在系统中MCU增加此功能一般不会影响MCU其他的功能。

图1中的实时时钟电路，要求具有数字调校的功能，即根据设定的调校值，对一定的计时周期内的时钟数进行微调，以实现该计时周期的精度。对实时时钟的应用而言，只要准确的计时周期在不是太大(如几十秒到几十分钟的周期)，即可认为实时时钟在宏观计时(年、月、日、时)上准确，由于实时时钟的应用在这一点上的特殊性，使得其并不需要输入的32768Hz实时的保持很高的精确度，这是本实用新型得以应用的主要原因。而且目前数字调校已作为一个基本的功能，在许多的实时时钟电路中具备。

由于实时时钟电路一般使用的晶体都是32768Hz的音叉型石英晶体，而不同厂家该类型晶体的温度曲线较为一致，所以可以根据经验或厂家提供的数据(公式)建立温度传感器电压转化数值与实时时钟电路调校值的查找表。如果应用要求比较高，可对每一批的晶体进行测试，描绘温度传感器电压转化数值与晶体振荡频率的变化关系，再将晶体振荡频率的变化转化为相应的实时时钟调校值，这样可直接得到温度传感器电压转化数值与实时时钟调校值一一对应的查找表，而跳过温度传感器电压转化数值与温度的对应关系，简化系统应用。另外，如果考虑到晶体的老化问题，可根据测试数据，建立多套的查找表，以适应不同老化程度的晶体，达到更好的频率精确度。

本实用新型对于电路中温度传感器、ADC的性能，可根据实际的系统应用的需要进行配置；对温度传感器电压转化数值与实时时钟调校值的转化方法和精度，也可通过算法、查找表的更新来实现更新。由此可见，该电路结构具有很高的灵活性。

如上所述，本实用新型在几乎不增加系统成本或系统成本增加很少的情况下，实现了低温度漂移的实时时钟电路。同时由于本电路的结构简单，特别适合集成于带有MCU、实时时钟电路等模块的专用大规模集成电路中。无论是专用集成电路还是系统的实现方式，本领域的技术人员按照本实用新型均能实施。

附图说明

图1是本实用新型电路结构框图。图中1是温度传感器，2是模数转换器，3是微控制器，4是存储器，5是实时时钟电路。

具体实施方式

将本实用新型的低温漂实时时钟电路，应用于一多费率电能表专用集成电路。实施中所需要的温度传感器、ADC、MCU、EEPROM和实时时钟，均在一个芯片中实现。其中MCU为该芯片的主控8位RISC MCU；ADC为该芯片内置的PWM型ADC，主要用来测量其它的电学物理量；芯片内置的EEPROM主要用来存放数据，所以该低温漂实时时钟电路几乎没有增加电路的成本，实际应用，取得了良好的效果。

Claims (4)

1、一种低温漂实时时钟电路，该实时时钟电路包括温度传感器、模拟数字转换器、微控制器、存储器和可数字调校的实时时钟，其特征是温度传感器(1)后联模数转换器ADC(2)，模数转换器(2)后联微控制器MCU(3)，微控制器(3)与存储器(4)相联，微控制器(3)又与实时时钟电路(5)相联，以获得实时时钟调校值，产生在调校周期内低温漂时钟计时信号。

2、根据权利要求1所述的实低温漂实时时钟电路，其特征是温度传感器是二极管。

3、根据权利要求1所述的实低温漂实时时钟电路，其特征是模数转换器在微控制器内。

4、根据权利要求1所述的实低温漂实时时钟电路，其特征是该电路可集成化。