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实时时钟芯片RX-8010SJ替换HT1381A的实际案例

笔者参与设计的新独立时钟项目,系统主要由主控IC、LED驱动及RTC三部分组成(如下图1所示),其中RTC选择的是HT1381(SOP-8)串行计时器芯片。根据该芯片的晶体选型需求,选择了世强代理的爱普生贴片晶体FC-135,该晶体负载电容为CL=9pF。
 
时钟系统
图1 时钟系统
 
由以上芯片对应组成的时钟电路设计如下:
时钟项目电路原理图
 
图2 时钟项目电路原理图
 
在设计测试过程中发现时间精度达不到±2.0s/day的指标要求。实际测试为每天快2.9s(测试条件:室温23±3度)。
 
问题分析及解决:
 
01、样品分析
 
在咨询RTC厂家寻求解决方案的时候,厂家给出结论是晶体精度问题,导致的时间偏差较大。根据反馈,将晶体FC-135寄回厂家(爱普生)分析检测。爱普生对样品进行了检测分析,晶体本身的频偏为+1.78ppm完全满足规格书,同时+1.78ppm对应的时间偏差为+0.15s/day。可以判断晶体的频偏不是时间偏差的根本因素。
 
02、回路评估
 
爱普生根据晶体测试结果提出进行回路评估测试,看晶体和RTC芯片的匹配是否合适。将测试板送交回路评估实验室进行测试,测试结果如下:
 
 
根据评估结果来看,32.2ppm对应时间偏差为+2.78s/day。结合晶体本身的偏差+0.15s/day,总的偏差为+2.93s/day,与实际测试误差+2.9s/day比较吻合。因此判定RTC 推荐的晶体配置不合适,且设计上没有外接电容进行调节,因此精度不能保证。
 
03、方案的重新评估
 
基于上述各种因素,
爱普生推荐采用晶体内置的
实时时钟模块RX-8010SJ来替换HT1381A的方案。
方案的可行性有下面几点依据:
 
a、RX-8010SJ和HT1381A的引脚定义基本相同,简单调整一下就可以完成对应的硬件设计。
b、都是采用IIC方式通讯,基本时序相同,软件更改调试简单,同时RX-8010SJ有对应的例程提供。
c、RX-8010SJ晶体内置,避免工程师对晶体选型不当造成的性能不良,同时大大提高了器件的稳定可靠性。同时在出厂前调节了频率精度之后提供给顾客,为此,设计人员不再需要另配部件,能够削减顾客基板上使用的部件数量。
d、RX-8010SJ整体性价比较高,品质稳定。
 
 
在综合评估之后,将HT1381替换为RX-8010SJ,实际测试时间精度在±1.0s/day 范围内(测试条件:室温23±3度)。待批量验证过性能后,后续可以推广到其它类似项目中。
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