应用笔记 3644

高精度实时时钟的功耗考虑


摘要 : DS3231/DS3232通过设置温度更新周期,能够在保持较高时钟精度的同时大大降低器件的电流损耗。

概述

随着DS3231超高精度、I²C兼容的集成RTC/TCXO/晶振的推出,Dallas Semiconductor再次刷新了单芯片实时时钟精度的纪录。DS3231在整个工业温度范围内(-40°C至+85°C)提供±3.5ppm的精度。器件每隔64秒(64s)测量一次温度,通过调节晶体的负载电容,使其在指定温度达到0ppm的精度,最终达到提高时钟精度的目的。

电流损耗

周期性地测量温度使得器件在短时间内(最差情况下为200ms)的电流损耗增大。图1给出了DS3231在最差情况下的电流损耗,计算中假设电池电压为3.63V,I²C兼容接口不工作。

图1. DS3231在最差情况下的电流损耗
图1. DS3231在最差情况下的电流损耗

最大平均电流由下式决定:



DS3231数据资料提供的最大平均电流是3.0µA,这一结果表明,由于温度检测使得器件的总电流损耗提高了250%! 这一电流增量对于要求延长备用电源(如:锂电池或超级电容)工作时间的应用很难接受。

降低电流损耗

DS3232/DS3234在用户可编程寄存器中提供了一个域,允许用户延长温度更新的时间,从而降低平均电流损耗。两款器件在控制/状态寄存器中提供C_Rate位,用来设置四种不同的温度更新周期。寄存器定义如表1所示。

表1. 控制/状态寄存器位配置
Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
OSF BB32KHZ C_Rate1 C_Rate0 EN32kHz BSY A2F A1F

表2列出了DS3232/DS3234温度更新周期与最差情况下电流损耗的对应值。计算中假设电池电压为3.63V,I²C兼容接口不工作。C_Rate位上电时默认为0, 对应于64s的温度更新周期。

表2. 温度更新周期与最差情况下电流损耗的对应值
C_Rate [1:0] Temperature Update Time (s) DS3232/DS3234
Average Current (µA)
00 64 2.50
01 128 1.56
10 256 1.10
11 512 0.86

通过设置,可以将备用电池的使用寿命延长65%。

精度

在温度变化较快的环境下,延长温度更新周期会降低时钟精度,但对温度保持稳定或温度变换缓慢的工作环境,对时钟精度的影响很小。

温度控制

DS3234加入了温度控制寄存器,当器件由备用电源供电时可以禁止温度更新。寄存器中的BB_TD位控制温度测量禁止。该位上电时的默认值为0,温度更新功能有效。寄存器定义如表3所示。

表3. 温度控制寄存器位配置
Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
0 0 0 0 0 0 0 BB_TD

该位使能后会降低备用电源的电流损耗,但是,由于没有温度更新,将会降低时钟精度。

结论

Dallas Semiconductor推出的DS3231/DS3232/DS3234集成RTC/TCXO/晶体通过设置温度更新周期,能够在保持较高时钟精度的同时大大降低电流损耗。