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Echtzeituhren und deren Anwendung

Fertige Module statt Handoptimierung

15. Juli 2015, 9:29 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

RTC-Module gehen genauer

Wenn eine hohe Ganggenauigkeit ein temperaturkompensiertes System erfordert, kommen fast immer sogenannte RTC-Module zum Einsatz. Diese vereinen den Uhrenquarz und das entsprechende Echtzeituhr-IC in einem Gehäuse. Das Kalibrieren ist aufwendig und kostet Geld. Hier zeigt sich besonders der Vorteil von RTC-Modulen im Vergleich zu Systemen, bei denen versucht wird, alle Einzelkomponenten auf einer Platine gemeinsam über den Temperaturbereich auszumessen und abzustimmen.

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Bild 2 zeigt die Methode der Temperaturkompensation per Software mit den entsprechenden Parametern, die zu korrigieren sind. Dabei stehen »XTAL Offset« für die Frequenzabweichung bei +25 °C, »XTAL T0« für die Umkehrtemperatur des Quarzes und »XTAL Temperature Coefficient« für dessen Temperaturkoeffizient. Die schwarze Kurve zeigt die zu erwartende Frequenzdrift des Quarzes über Temperatur, die rote Kurve den berechneten Korrekturwert.

Moderne RTC-Module bieten auch weitere technische Vorteile gegenüber diskreten Lösungen mit externen Quarzen. Die vorher erwähnte Schaltungsanpassung entfällt komplett, es gibt nur eine Spezifikation für eine Komponente. Außerdem bieten RTC-Module bessere Immunität gegen EMV und weitere Störungen von außen, da die sensiblen Oszil-latorsignale nicht nach außen geführt sind. Dies erlaubt »mutigere« Oszillatordesigns mit noch niedrigerem Stromverbrauch, aktuell bis herunter zu 60 nA. Außerdem lassen sich sehr kleine Bauformen realisieren, das aktuell kleinste RTC-Modul misst 3,2 mm x 1,5 mm.

Von Micro Crystal ist eine ganze Familie unterschiedlicher RTC-Module in kompakten und robusten Keramikgehäusen verfügbar. Die Gehäusefamilie »C2« mit den Abmessungen 5,0 mm x 3,2 mm x 1,2 mm, »C3« mit den Dimensionen von 3,7 mm x 2,5 mm x 0,9 mm und die »C7«-Familie mit den kleinsten Maßen von 3,2 mm x 1,5 mm x 0,8 mm. Aus einer Vielzahl von Produkten kann der Anwender RTC-Module mit der bevorzugten Schnittstelle nach minimalem Stromverbrauch oder mit Arbeitstemperaturen von bis zu +125 °C auswählen. Alle Echtzeituhren sind nach AEC-Q200 für Automobilapplikationen qualifiziert.

Hervorzuheben ist auch der »RV-8803-C7« mit I²C-Schnittstelle. Dieser Baustein erreicht ±3,0 ppm über den Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C bei einem Stromverbrauch von 240 nA (Bild 3). Dies erlaubt den Einsatz temperaturkompensierter RTCs in Anwendungen, wo dies aufgrund des Stromverbrauchs bis dato unmöglich schien.