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RTC-Module für Portables, Wearables, IoT, Messtechnik, Automobilelektronik oder Steuerungen : Ausgabe 15/2016, 15.09.2016

Genaues Timing auf kleinstem Platz

Das Erfassen der genauen Zeit eines spontanen Ereignisses oder das Auslösen einer Aktion von bestimmter Länge zu einem bestimmten Zeitpunkt erfüllen RTC-Module von Micro Crystal bestens. Auch dann, wenn der Rest des Systems im Powerdown-Modus weilt. Die zur Swatch-Gruppe gehörende Firma ist bekannt für ihre Miniatur-Quarzkristalle für die Bereiche Consumer, Industrial, Automotive und Medical.

Autor: Markus Hintermann, Text und Bilder

Die Real-Time-Clock-Module von Micro Crystal sind die logische Weiterentwicklung der Ultra-Low-Power-Schaltungstechnik der Echtzeituhren, kombiniert mit «State-of-the-Art»-Quarz- und Gehäusetechnologie. Alle Komponenten, vereint in einem kleinen Gehäuse, sparen Platz auf dem Print und verkürzen die Entwicklungszeit. RTC-Module sind universell einsetzbar, auch in branchenübergreifenden Anwendungen wie Portables, Wearables, IoT, Messtechnik, Automobilelektronik oder in industriellen Steuerungen – überall dort, wo ein zuverlässiges Timing oder eine genaue Zeitangabe von Nutzen sind. Die Integration von der RTC-Schaltung mit dem Quarz zu einem RTC-Modul bringt dem Anwender die folgenden fünf erwähnenswerten Vorteile (Bild 1).

Betrieb im optimalen Arbeitspunkt

Für die Präzision der RTC sind die Komponenten des Oszillators massgebend. Neben der Toleranz des Quarzes und den der Integrierten Schaltung beeinflussen auch die parasitären Kapazitäten der Leiterplatte die erreichbare Genauigkeit. Durch die Integration ist es Micro Crystal gelungen, die Streuungen in der Komponentenproduktion zu kompensieren.

Erhöhte Präzision, geringer Platzbedarf

Der genaue Gang wird bei 25 °C kalibriert und beim Endtest des Moduls verifiziert. Bild 2 zeigt die Eingrenzung der Toleranzen im Vergleich zur herkömmlichen Kombination von RTC-IC plus Quarz und Tuningkondensator. Durch die hohe Integrationsdichte auf dem Halbleiter beanspruchen die Schaltungsblöcke immer weniger Fläche: typisch weniger als 1 mm2; die Anschlüsse und die Grösse des Packages stehen in keinem Verhältnis mehr zueinander. Die Technologie zur Herstellung von 32-kHz-Stimmgabelquarzen hat sich auch kontinuierlich verfeinert. Diese 32-kHz-Quarze zeigen beste Performance nur unter Vakuum. Micro Crystal hat nun eine Serie von Miniaturgehäusen entwickelt, um den Quarz und den Halbleiterchip zusammen in der gleichen Kavität aufzunehmen. Durch die interne Verbindung zwischen Quarz und RTC-Schaltung entfallen zwei externe Anschlüsse, so liess sich das Gehäuse noch weiter optimieren.

Hermetisch dichtes Gehäuse

Das keramische Gehäuse ist hermetisch dicht verschlossen. Es ist äusserst robust gegenüber Umwelteinflüssen. Feuchtigkeit oder Verschmutzung können keine negative Wirkung auf die Oszillatorparameter haben. Durch die äusserst kurzen Verbindungen zwischen Chip und Quarz ist die Empfindlichkeit gegenüber externen Störungen um Faktoren reduziert.

Optimale Temperaturkompensation

Quarz und RTC-Schaltung montiert im selben Package ist die beste Voraussetzung für eine genaue Temperaturkompensation. Chip und Quarz sind stets auf derselben Temperatur, so wird die Frequenzkompensation über den weiten Temperaturbereich optimal erreicht. Das RTC-Modul RV-8803-C7 erreicht laut Anbieter die beste auf dem Markt angebotene Genauigkeit von ±3 ppm oder 0,26 s/Tag, dies über den gesamten industriellen Temperaturbereich –40 bis +85 °C. Der Stromverbrauch liegt bei 0,240 µA, was sich kostensparend auf den Power-Backup auswirkt.

Erweiterter Einsatz von RTCs

Neben den offensichtlichen Funktionen, Zeit und Datum zu verfolgen, werden folgende Aufgaben vom Mikrocontroller in die RTC verlagert und reduzieren somit den Konsum wertvoller Energie im Powerdown-Modus:

  • Zeitstempel: Spezielle Events lösen einen internen Interrupt aus, um die aktuelle Zeit zuzuordnen, was keinen zusätzlichen Strombedarf zur Folge hat. Je nach RTC kann man diese Events überwachen: Externer Input, Umschaltung auf Batteriebetrieb
  • genaues Timing – Kurzzeit oder Langzeit: Eine vorgegebene Dauer lässt sich einfach und sehr akkurat einstellen. Für Bereiche von Millisekunden bis zu mehreren Minuten bietet sich der interne Timer bestens an. Längere Zeiten erreicht man mit Hilfe des Alarms. Das Umsetzen von Messintervallen, Messlänge und -pause oder auch Abschalt- oder Nachlaufzeit sind leicht programmierbar und brauchen keine Interaktion vom µC und somit keinen erhöhten Stromverbrauch. Dies ist speziell bei langen Zeiten, wo selten eine Aktivität zu erwarten ist, wichtig. Erst nach Ablauf der Zeit wird ein Interrupt an den µC weitergegeben, um die Folgeaktion auszulösen
  • Mikrocontrollerüberwachung mittels Watchdog: Viele Blue-Books geben vor, dass ein unabhängiger Watchdog den korrekten Softwareablauf überwacht. Wird zum Beispiel auf ein externes Signal gewartet, das unvorhergesehen nie mehr auftritt, wird dem Mikrocontroller nach vorgegebener Zeit signalisiert, eine korrigierende Aktion einzuleiten, damit das Programm nicht in einem Loop hängen bleibt.

Ideal bei engen Platzverhältnissen

Die Vernetzung von allen elektronischen Komponenten im Haus und der Industrie macht auch keinen Halt vor Anwendungen mit kleinsten Dimensionen. Besonders bei drahtlos kommunizierenden Sensoren, Datenloggern oder Aktuatoren sind die Platzverhältnisse meist sehr eng. Die RTC-Module von Micro Crystal bieten auf dem Platz eines Quarzes eine voll integrierte Real-Time-Clock-Funktion an. Die Grösse von nur 3,2 × 1,5 mm – vergleichbar mit einem 1206 Chip-Kondensator – sowie das serielle Interface erlauben es, die RTC ohne Vorbehalt überall auf der Leiterplatte zu positionieren. Micro Crystal bietet folgende drei verschiedene RTC-Module in diesem kleinen Gehäuse an:

  • RV-4162-C7: Standard-RTC mit I2C-Bus und einer Auflösung von 1/100 s. Neben einem Watchdog, einem Frequenzgenerator wird auch der Oszillator stetig überwacht
  • RV-8803-C7: laut Hersteller kleinste, akkurateste RTC mit tiefstem Stromverbrauch
  • RV-8063-C7: Standard-RTC mit SPI-Bus. Optional kann ein Interrupt im 1-s- oder 1-min-Takt ausgelöst werden. Neben einem programmierbaren Frequenzgenerator wird auch der Oszillator stetig überwacht

Die Produktionsbetriebe von Micro Crystal in der Schweiz und Thailand sind nach ISO 9001 und 14001 zertifiziert. Die Produkte entsprechen den RoHS- und REACH-Vorgaben. 

Infoservice

Micro Crystal AG
Muehlestr. 14, 2540 Grenchen
Tel. 032 655 82 82, Fax 032 655 82 83
sales@microcrystal.comwww.microcrystal.com



Bild 1: Diese RTC-Module sind überall dort einsetzbar, wo ein zuverlässiges Timing oder eine genaue Zeitangabe von Nutzen sind


Bild 2: Eingrenzung der Toleranzen im Vergleich zur herkömmlichen Kombination von RTC-IC plus Quarz und Tuningkondensator


Autor


Markus Hintermann

Global Marketing Sales Manager

Micro Crystal AG

markus.hintermann@ microcrystal.ch