RTC obvody a oscilátory EM3027, V3025, EM7604 – přesný čas nad zlato

EM3027 a V3025: přesné RTC obvody s kompenzací vlivu teploty

V širokém spektru obvodů s velmi nízkou spotřebou firmy EM Microelectronic lze nalézt i dva zajímavé CMOS obvody měřící reálný čas (RTC = Real Time Clock), klasický V3025 a sofistikovanější EM3027, které kombinují vysokou přesnost s frekvenční stabilitou v celém rozsahu pracovních teplot.

EM3027 se vyrábí ve variantách se sériovým rozhraním I2C nebo SPI (3drátové řešení). Základní frekvence je získávána ze standardního krystalového oscilátoru 32,768 kHz. Teplotní kompenzace frekvence je založena na měření teploty a následném výpočtu hodnoty korekce, přičemž teplotu je možné měřit buď zabudovaným teplotním senzorem, nebo získávat její hodnotu ze vstupu pro externí měření. Obvod obsahuje také napěťový a teplotní senzor, přepínač zdrojů napájení a udržovací nabíječku.

EM3027 je schopen kompenzovat odchylky frekvence v širokém teplotním rozsahu a rovněž odečítat hodnoty zabudovaného teplotního senzoru. Díky velice nízké spotřebě energie lze tento čip využít v aplikacích s jedinou lithiovou záložní baterií nebo záložním kapacitorem (SuperCap). Běžný pracovní rozsah napětí je od 1,3 do 5,5 V; sofistikované řízení spotřeby energie automaticky detekuje jakýkoliv výpadek napájení, při němž integrovaný přepínač přepojí obvod na záložní baterii/kapacitor. Kromě toho je tento záložní zdroj energie trvale a optimálně nabíjen udržovací nabíječkou, jejíž charakteristika se pomocí vnitřního odporu přizpůsobuje potřebám dané aplikace.

Zásluhou optimálního vyladění dosahuje EM3027 lepších parametrů než ostatní obvody řízené krystaly, jejichž kmitočty vykazují odchylky způsobené změnami vnější teploty. Tyto odchylky – desítky až stovky ppm (Parts Per Million) – mohou být v řádech několika sekund za den, resp. několika hodin za rok. Naproti tomu obvod EM3027 dosahuje v celém napěťovém (1,3 až 5,5 V) i teplotním (–40 až +125 °C) rozsahu velmi vysokou frekvenční stabilitu < ±10 ppm (viz graf a tabulka 1).

Obvod V3025 má, na rozdíl od EM3027, integrovaný 32kHz krystal a obsahuje 8bitovou paralelní sběrnici. Srovnání všech shod i odlišností hlavních parametrů najdete v tabulce 2.

EM7604-C7 a EM7604: krystalové oscilátory s extrémně nízkou spotřebou

Oba krystalové oscilátory obsahují stejný čip pro oscilační frekvenci 32,768 kHz, odlišnosti jsou zřejmé z tabulky 3. Obvod EM7604 vyžaduje připojení externího krystalu dané frekvence, u typu EM7604-C7 je tento krystal integrován společně s čipem do jediného pouzdra. Tím je dosaženo jednoduššího zapojení a snížení počtu vývodů integrovaného obvodu na 4. Obvod je odolný proti otřesům a vibracím a vykazuje jen velmi pomalé stárnutí.

Klíčovými parametry obou obvodů jsou vynikající stabilita oscilátoru a velmi nízká proudová spotřeba, typicky 250 nA při 3 V. Obojí výrobce zaručuje v širokém rozsahu napájecího napětí 1,2 až 5,5 V a pracovních teplot –40 až +125 °C. Obvody najdou využití jako generátory hodin prakticky v každém systému, neboť stabilní a přesný čas je opravdu nad zlato.

Na vývoji většiny v článku zmíněných integrovaných obvodů se podíleli návrháři pražské firmy ASICentrum, kde lze získat bližší informace, včetně prototypových vzorků. Obvody jsou sériově vyráběné ve společnosti EM Microelectronic ve Švýcarsku.

(Článek byl napsán s využitím materiálů poskytnutých firmami EM Microelectronic a ASICentrum spol. s r. o.)