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，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……這些場景背后，都離不開高精度、低功耗時鐘技術(shù)的支撐。

在時鐘同步領(lǐng)域，大普技術(shù)高精度守時模組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)用場景不斷擴(kuò)展，繼守時模組CMXX系列后，大普技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計納安級別的低功耗高精度RTC實時時鐘解決方案，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、云計算、導(dǎo)航定位等應(yīng)用市場對低功耗、高精度守時日益增長的嚴(yán)苛需求。

1. 守時，無處不在

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

時鐘分級的概念由美國貝爾實驗室制定并為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納，具體規(guī)范文件參考GR-1244-CORE4及ANSI T1.101。其中對于守時穩(wěn)定性提出了需求。

表1. 時鐘等級表

2．RTC 如何實現(xiàn)低功耗、高精度

守時的前提是RTC（實時時鐘）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)是提升守時性能的關(guān)鍵。

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

2.1 時基軟件調(diào)校（TTF）

時基軟件調(diào)校功能（Time Trimming Function, TTF），這是一種通過數(shù)字電路實現(xiàn)的高精度時鐘校準(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)點是通過軟件就可以實現(xiàn)輸出頻率修改，不需要專門硬件支持。缺點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芯片會有一個專門的寄存器用于調(diào)整時鐘的精度，這個寄存器可能被稱為“校準(zhǔn)寄存器”或“調(diào)整寄存器”。校準(zhǔn)寄存器包含一個或多個位字段，用于調(diào)整RTC的時鐘頻率。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6比特的數(shù)據(jù)位和一個5比特符號位。符號位控制精度調(diào)整的方向，數(shù)據(jù)位對應(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試環(huán)境進(jìn)行測試和相應(yīng)的軟硬件處理，使用場景受到一定的限制。有1PPS輸入校準(zhǔn)管腳的RTC解決了這個難題。這種RTC在外接1PPS信號時，直接利用外部1PPS對RTC內(nèi)部振蕩源時鐘進(jìn)行自動校準(zhǔn)，省略了外部的測試設(shè)備和軟件補(bǔ)償方法，大大的簡化了校準(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鐘源加TTF校準(zhǔn)，有的方案使用外部時鐘源加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，更加方便客戶對產(chǎn)品進(jìn)行實時校準(zhǔn)。

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

RTC同步設(shè)置，即RTC輸出的1PPS和時鐘源1PPS進(jìn)行對齊。

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

3.1 基于寄存器秒沿同步

對于常規(guī)的大普RTC芯片，我們可以進(jìn)行毫秒甚至微秒級別的時鐘同步設(shè)置。其主要原理是利用大普的RTC秒上升沿即時生效原理——即秒上升沿會移動到秒設(shè)置生效的位置，當(dāng)MCU捕捉到時鐘服務(wù)器輸出1PPS上升沿時，對RTC進(jìn)行秒的寫操作，即能實現(xiàn)精準(zhǔn)時鐘同步。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，可以自動實現(xiàn)芯片輸出1PPS和外部的1PPS輸入秒沿計時同步。讓同步的過程更加的簡單和快捷。

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守時實測：低功耗下的高精度守時

4.1 環(huán)境搭建

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

圖1. 測試示意圖

4.2 校準(zhǔn)精度測試

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

圖2. 室溫校準(zhǔn)精度

4.3 半小時守時測試

測試環(huán)境為室溫，20℃~30℃。

表2 半小時守時結(jié)果【3】

圖3. 半小時守時截圖

4.4 24小時守時測試

測試環(huán)境為室溫，20℃~30℃。

表3 24小時守時結(jié)果【3】

圖4. 24小時守時截圖

從半小時和24小時測試結(jié)果來看，RTC在校準(zhǔn)后的精度測試符合理論計算值。在室溫穩(wěn)定的條件下，我們所搭建的系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)的守時指標(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設(shè)計參考。

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)智時代高效運行的“精密心臟”。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(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”時代的“時間革命”。

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

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

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