實時時鐘 （RTC） 不斷發展，通過變得更小、更準確來跟上其使用和應用的變化。這種演變和適應背后的主要驅動力是一種新的諧振器技術——微機電系統（MEMS）。本應用筆記探討了計時精度的進步，并探討了更精確的實時時鐘的趨勢、概念和特性。

介紹

許多人認為，沒有比更精確的計時更好的方法來改善工業控制和自動化了。問題和好處不僅僅在于一天中的時間信息。高度精確的計時將在許多方面增強復雜的控制系統，從任務和維護的簡單調度開始。更重要的是，使用實時時鐘（RTC）進行精確計時使工業系統能夠更加自主地運行，有助于確保系統滿足運營目標，專注于預定結果，從而最大限度地降低成本。當然，RTC 必須以盡可能高的精度提供所有這些信息。

準確的時間安排 — 需求是永恒的

無論當今的應用程序多么復雜，良好的老式時序仍然非常重要。在某些情況下，時機甚至至關重要。這就是為什么我們看到對更精確的RTC的穩定需求。 計時準確性可以直接影響金融活動，提供可能影響法律或刑事案件的時間取證，影響無數行業和應用程序的記錄保存，或者只是提高服務質量。

為什么準確性如此重要？最重要的答案并不總是顯而易見的。高精度RTC將允許系統設計人員實現半自主系統控制，而無需所有相關系統資源與時間聯網。想象一下照明控制系統，在整個繁忙的工業園區中，需要在一天中的特定時間打開或關閉燈光。使用可編程 RTC 進行精確計時是一種簡單的解決方案，因為這些時鐘消除了將每個照明設備連接到單個網絡定時資源的需要。RTC 簡化了整個建筑物中布線網絡資源的復雜性;它們可以取代復雜的無線網絡，這些網絡通常需要初始定制以確保正常運行和連接，然后需要長期維護以實現持續運行。

雖然對精確時序的需求實際上很簡單，但滿足這些要求的設計挑戰卻并非如此?，F在，最好的RTC通常提供高精度解決方案（<0.5s/天），可在-40°C至+85°C的寬工作溫度范圍、低功耗、高性價比的價格和小型封裝下工作。如今，微機電系統（MEMS）技術實現了最小、最精確、最堅固的時鐘。

高精度 RTC 的演變

業界首款32.768kHz溫度補償晶體振蕩器（TCXO）于1999年問世，在-20°C至+70°C范圍內提供每年±2分鐘的計時精度。到2005年，通過創新的封裝技術和改進的溫度傳感器功能相結合，一個極其精確的溫度傳感器。2推出C集成RTC/TCXO/晶體DS3231S。DS3231S被認為是當時業界最精確的RTC，將32kHz音叉晶體集成到高度可靠的16引腳、300 mil SO封裝中。這種高度集成的RTC在-40°C至+85°C的溫度范圍內提供低于±3.5ppm的頻率精度，相當于小于±0.3ss/天。它為時鐘精度設定了新標準。

就在四年前，只有兩家公司提供精度為0.5秒/天的RTC，>。應用要求更小的封裝、更低的成本、更高的精度標準和更大的耐用性。該設計工作的高潮是基于MEMS技術的新一代RTC。DS3231M于2010年推出，集成了TCXO和MEMS諧振器，精度為±5ppm。這改變了評估準確計時的整個構成。

除了準確性問題之外，當今的 RTC 還包括獨立的時間鬧鐘;用戶可配置內存，用于存儲系統信息;精確的溫度傳感，以提供有關熱環境條件的建議;為關鍵系統事件加蓋時間戳的能力;和簡單的時間信息。至少有六家公司制造精確的RTC。 潛在的任何工業控制或自動化操作都可以使用某種形式的精確計時。

MEMS的演進

MEMS挑戰了基于晶體設計的傳統局限性。由于其尺寸，與圓柱形晶體相比，MEMS技術可以節省大量空間。單個MEMS諧振器的面積比圓柱形晶體少47倍，體積小182倍。因此，RTC 的近似面積下降了一半以上。由于從標準圓柱形晶體過渡到小型陶瓷32.768kHz晶體，以及Maxim MEMS諧振器的極小尺寸，尺寸的大幅減小成為可能。

MEMS諧振器的老化可以忽略不計（壽命<1ppm）?；诰w的時鐘具有每年±1ppm的典型老化特性。MEMS諧振器的沖擊和振動特性明顯更加穩健。MEMS諧振器在機械沖擊（高達2900g;6軸×5次沖擊，JESD22-B104C條件H）和振動（可變頻率為20g;20/2000Hz，JESD22-B103B條件1）下具有可證明的性能。 這種堅固的性能沒有大于±1ppm的可辨別頻率擾動。最后，基于MEMS的RTC的總精度為壽命精度和穩定性< ±5ppm。

時鐘的未來是MEMS

從長遠來看，時鐘將需要進一步減小尺寸和成本，并提高精度。MEMS技術將為工業、汽車、智能電網和醫療市場的更大細分市場的RTC實現這些改進。

審核編輯：郭婷