當(dāng)AI大模型有條不紊地進(jìn)行信息極速處理和海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，當(dāng)掃地機(jī)器人每天合理規(guī)劃清潔任務(wù)并精準(zhǔn)定時(shí)清掃，當(dāng)無人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中高效完成精確飛行和導(dǎo)航定位，當(dāng)安防監(jiān)控精準(zhǔn)還原事件調(diào)查……這些場(chǎng)景背后，都離不開高精度、低功耗時(shí)鐘技術(shù)的支撐。

在時(shí)鐘同步領(lǐng)域，大普技術(shù)高精度守時(shí)模組CMXX系列指標(biāo)優(yōu)異，穩(wěn)居行業(yè)前列，已廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)、電力等領(lǐng)域。隨著新興行業(yè)蓬勃興起，低功耗、高精度的應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)展，繼守時(shí)模組CMXX系列后，大普技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)納安級(jí)別的低功耗高精度RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘解決方案，進(jìn)一步滿足低空經(jīng)濟(jì)、通信、安防監(jiān)控、智能穿戴、數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、導(dǎo)航定位等應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)低功耗、高精度守時(shí)日益增長(zhǎng)的嚴(yán)苛需求。

1. 守時(shí)，無處不在

守時(shí)是指設(shè)備或系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中能夠保持時(shí)間信息的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。它是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。

時(shí)鐘分級(jí)的概念由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制定并為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納，具體規(guī)范文件參考GR-1244-CORE4及ANSI T1.101。其中對(duì)于守時(shí)穩(wěn)定性提出了需求。

表1. 時(shí)鐘等級(jí)表

2．RTC 如何實(shí)現(xiàn)低功耗、高精度

守時(shí)的前提是RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）的高精度。然而，RTC芯片的初始精度往往受到晶振頻率偏差的影響，因此校準(zhǔn)是提升守時(shí)性能的關(guān)鍵。

大普RTC主要通過以下精度校準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)了低功耗的高精度守時(shí)。

2.1 時(shí)基軟件調(diào)校（TTF）

時(shí)基軟件調(diào)校功能（Time Trimming Function, TTF），這是一種通過數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的高精度時(shí)鐘校準(zhǔn)技術(shù)。TTF的核心原理是利用吞吐脈沖技術(shù)，在不改變晶振本身振蕩頻率的情況下，通過增加或減少脈沖數(shù)量來補(bǔ)償晶振的固有偏差。

這種方案的優(yōu)點(diǎn)是通過軟件就可以實(shí)現(xiàn)輸出頻率修改，不需要專門硬件支持。缺點(diǎn)是只有后端的分頻輸出能被校準(zhǔn)，源頭的頻率并沒有得到校準(zhǔn)，應(yīng)用場(chǎng)景受到了限制。

2.2 諧振器C值（負(fù)載電容值）調(diào)校

振蕩器的負(fù)載電容可以調(diào)整頻率，有的RTC芯片會(huì)有一個(gè)專門的寄存器用于調(diào)整時(shí)鐘的精度，這個(gè)寄存器可能被稱為“校準(zhǔn)寄存器”或“調(diào)整寄存器”。校準(zhǔn)寄存器包含一個(gè)或多個(gè)位字段，用于調(diào)整RTC的時(shí)鐘頻率。這些位字段用于控制內(nèi)部電容值（C值）。通過C值作用于諧振器，調(diào)整晶體振蕩器的振蕩頻率。

以大普INS5699S為例，有一個(gè)6比特的數(shù)據(jù)位和一個(gè)5比特符號(hào)位。符號(hào)位控制精度調(diào)整的方向，數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)調(diào)整的大小。常溫下單步的調(diào)整量約為0.1ppm。

大普創(chuàng)新推出高精度寄存器校準(zhǔn)功能RTC產(chǎn)品, 滿足客戶在出廠前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行精確調(diào)校， 比如INS5699系列、INS5T8900系列、INS5902系列、INS5T8025系列、INS5T8563系列等支持寄存器精度校準(zhǔn)功能。

2.3 基于1PPS精度校準(zhǔn)

前面兩種方案調(diào)整的前提是已知RTC精度偏差，這就需要有專門的測(cè)試環(huán)境進(jìn)行測(cè)試和相應(yīng)的軟硬件處理，使用場(chǎng)景受到一定的限制。有1PPS輸入校準(zhǔn)管腳的RTC解決了這個(gè)難題。這種RTC在外接1PPS信號(hào)時(shí)，直接利用外部1PPS對(duì)RTC內(nèi)部振蕩源時(shí)鐘進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，省略了外部的測(cè)試設(shè)備和軟件補(bǔ)償方法，大大的簡(jiǎn)化了校準(zhǔn)方案，提高了校準(zhǔn)精度。當(dāng)然，有的方案使用的是外部時(shí)鐘源加TTF校準(zhǔn)，有的方案使用外部時(shí)鐘源加C值調(diào)整，兩者還是有差異。

大普最新推出的INS5A8804系列，INS5A4000系列，INS5A8000系列等支持GPS 1PPS校準(zhǔn)功能，更加方便客戶對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。

3. RTC同步設(shè)置：以微秒級(jí)同步，滿足行業(yè)嚴(yán)苛需求

RTC同步設(shè)置，即RTC輸出的1PPS和時(shí)鐘源1PPS進(jìn)行對(duì)齊。

對(duì)于守時(shí)，業(yè)界有另一個(gè)說法叫做保持模式穩(wěn)定度（Holdover Stability），即本級(jí)時(shí)鐘在與上級(jí)時(shí)鐘同步后，當(dāng)出現(xiàn)上級(jí)時(shí)鐘惡化到一定程度或者上級(jí)時(shí)鐘丟失時(shí)，在規(guī)定時(shí)間和溫度變化范圍內(nèi)本級(jí)時(shí)鐘的漂移。測(cè)試守時(shí)，就先需要將本級(jí)時(shí)鐘和上級(jí)時(shí)鐘同步。

3.1 基于寄存器秒沿同步

對(duì)于常規(guī)的大普RTC芯片，我們可以進(jìn)行毫秒甚至微秒級(jí)別的時(shí)鐘同步設(shè)置。其主要原理是利用大普的RTC秒上升沿即時(shí)生效原理——即秒上升沿會(huì)移動(dòng)到秒設(shè)置生效的位置，當(dāng)MCU捕捉到時(shí)鐘服務(wù)器輸出1PPS上升沿時(shí)，對(duì)RTC進(jìn)行秒的寫操作，即能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)時(shí)鐘同步。詳細(xì)設(shè)置可參考文章：基于RTC的低功耗精準(zhǔn)時(shí)鐘同步。

3.2 基于1PPS的秒沿同步

1PPS的秒沿同步功能和1PPS振蕩器精度校準(zhǔn)功能類似。大普RTC芯片也支持外部1PPS輸入。在外部1PPS輸入穩(wěn)定的狀況下，結(jié)合RTC的寄存器配置，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)芯片輸出1PPS和外部的1PPS輸入秒沿計(jì)時(shí)同步。讓同步的過程更加的簡(jiǎn)單和快捷。

大普的INS5A8804部分產(chǎn)品、INS5A4000系列、INS5A8000系列等支持1PPS秒沿同步功能。

4. RTC守時(shí)實(shí)測(cè)：低功耗下的高精度守時(shí)

4.1 環(huán)境搭建

RTC選擇大普INS5699S，典型功耗1.2uA，滿足守時(shí)系統(tǒng)的低功耗需求。時(shí)鐘服務(wù)器選擇大普DP4000。時(shí)鐘精度測(cè)試采用頻率計(jì)和RTC時(shí)鐘測(cè)試儀一起測(cè)試。示波器用來觀察相位偏差。

圖1. 測(cè)試示意圖

4.2 校準(zhǔn)精度測(cè)試

7pcs樣品在室溫25℃左右，進(jìn)行頻率校準(zhǔn)后，保持1小時(shí)，精度在0.1ppm以內(nèi)。

圖2. 室溫校準(zhǔn)精度

4.3 半小時(shí)守時(shí)測(cè)試

測(cè)試環(huán)境為室溫，20℃~30℃。

表2 半小時(shí)守時(shí)結(jié)果【3】

圖3. 半小時(shí)守時(shí)截圖

4.4 24小時(shí)守時(shí)測(cè)試

測(cè)試環(huán)境為室溫，20℃~30℃。

表3 24小時(shí)守時(shí)結(jié)果【3】

圖4. 24小時(shí)守時(shí)截圖

從半小時(shí)和24小時(shí)測(cè)試結(jié)果來看，RTC在校準(zhǔn)后的精度測(cè)試符合理論計(jì)算值。在室溫穩(wěn)定的條件下，我們所搭建的系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的守時(shí)指標(biāo)表現(xiàn)符合預(yù)期，可以作為客戶在特定條件下低功耗守時(shí)設(shè)計(jì)參考。

從智能家居到工業(yè)4.0生產(chǎn)線，從低空經(jīng)濟(jì)到軌道交通，大普技術(shù)的RTC產(chǎn)品正憑借其高精度和低功耗特性，加速向千行百業(yè)滲透，成為數(shù)智時(shí)代高效運(yùn)行的“精密心臟”。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)的加速發(fā)展，大普技術(shù)將持續(xù)創(chuàng)新與技術(shù)迭代，引領(lǐng)“芯”時(shí)代的“時(shí)間革命”。

注[1]:自由運(yùn)行精度表示時(shí)鐘頻率在自由運(yùn)行模式下（不鎖定到外部參考源）最長(zhǎng)20年時(shí)間的頻率偏差（相對(duì)于標(biāo)稱頻率）。

注[2]:守時(shí)穩(wěn)定性表示時(shí)鐘頻率在保持模式下（失鎖后）規(guī)定時(shí)間內(nèi)的最大變化。通常是一組詳細(xì)定義的組合值。

注[3]:本次守時(shí)指標(biāo)結(jié)果計(jì)算方式為初始值和結(jié)束值偏差的絕對(duì)值，不代表最大偏移量。