AN53313 Real Time Clock Calibration in Cypress nvSRAM (Chinese).pdf

AN53313
赛普拉斯 nvSRAM 中的实时时钟校准
作者:Shivendra Singh
相关项目:无
相关器件系列:nvSRAM RTC
软件版本:无
相关应用笔记:无
AN53313 描述了赛普拉斯 nvSRAM 中的实时时钟(RTC)校准特性。该特性将补偿与晶振额定频率 32.768 kHz 相对的偏
差,从而保持精确的系统时间。该应用笔记还提供了用于校准调整的查找表。
简介
赛普拉斯 nvSRAM 中的实时时钟(RTC)由外部晶体振荡器
驱动,其额定频率为 32.768 kHz。大部分 32.768 kHz 晶振的
频率偏差在+25 °C 下为±20 百万分比(parts per million,
ppm)。在长周期时间内,该频率偏差会导致时序错误。例如,
晶振额定频率的误差为 20 ppm 时,一个月内的时钟精度偏移
为 52 秒。您可以使用 nvSRAM RTC 中的校准特性来补偿偏
移。
影响晶振时钟精度的另一个晶振参数是抛物线曲率常数,k。
该参数随着温度的变化而改变晶振频率。通常,抛物线曲率常
2
数(k)为–0.036 ppm/°C 。如果工作温度已知,通过校准
RTC,可以补偿温度变化所引起的 RTC 时钟频率偏移。
曲率 k 是晶振固有的机械特性;不同的制造商会有不同的曲
率。晶振数据手册提供了曲率的典型规范。此外,通过测试
随着温度变化而变化的频率输出,可以根据经验确定该参数。
2
2
To 为 25 °C ± 5 °C,k 为–0.036 ppm/°C ± 0.006 ppm/°C 。
图1. 晶振的抛物线温度曲线
40
20
-45 -35 -25 -15
-80
2
公式 1
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
-60
即使晶体振荡器是最精确的振荡器电路之一,但是 RTC 的精
度主要取决于晶振的精度。类似于其他常见的电气组件(如电
阻器和电容器),晶振具有与其相关的一定偏差。额定频率在
25 °C 温 度 时 的 32.768 kHz 的 晶 振 , 实 际 上 可 能 偏 差 了
±20 ppm。晶振频率也随着温度的变化而变化。图 1 显示的是
温度和晶振频率间的抛物线关系。晶振制造商使用转换温度
(To)和曲率常数(k)来确定曲线。频率变量是 T 和 k 的函
数,如以下公式所示:
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-5
-20
-40
典型晶振行为
 −  =   − 
Temperature in °C
0
Δf/f
(ppm)
-100
-120
-140
-160
-180
To = 25°C
k = – 0.036 ppm/°C2
校准电路通过向上或向下调整曲线,在选中的温度下得到零、
+1 或-2 ppm 的精度。通过向振荡器分频器链增加或减少时
钟周期,实现此目的。
文档编号:001-92143 版本**
1
赛普拉斯nvSRAM中的实时时钟校准
校准方法
赛普拉斯 nvSRAM 中的 RTC 设计采用了周期计数器纠正。数
字校准电路对振荡器分频器电路增加或减去了时钟周期,如图
2 中所示。类似地,图 3 中显示的示例时钟框图描述了如何在
正向校准期间中增加额外时钟周期,使时钟速度加快,或在负
向校准期间中减少时钟周期,使其速度减慢。增加或减去的脉
冲数量由写入校准寄存器的 5 个低位(D4 至 D0)数据决定。
这些位可以表示 0 到 31 范围内的任何二进制值。D5 位是符号
位,其中“1”表示正校准,“0”表示负校准。
校准周期时间为 64 分钟。在周期的前 62 分钟,每分钟一次,
可能校准一秒时间。这一秒中的速度可能被加快(增加 256 个
时钟周期)或减慢(减去 128 个时钟周期)。如果将二进制
“ 1 ” 加 载 到 寄 存 器 内 , 只 能 在 64 分 钟 周 期 的 前
两分钟进行修改;如果加载了二进制“6”,则只能在前 12 分
钟内进行修改,如此类推。因此,在每个校准步骤中,将对每
125,829,120 个(64 分钟 × 60 秒/分钟 × 32,768 周期/秒)实
际 振 荡 器 周 期 加 上 512 个 周 期 或 减 去 256 个 周 期 。 每
125,829,120 个 周 期 增 加 512 个 周 期 相 当 于 4.068 ppm
6
((512 周期/ 125,829,120 周期) x 10 ppm)。同样,每
125,829,120 个 周 期 减 去 256 个 周 期 相 当 于 -2.034 ppm
6
((256 周期/ 125,829,120 周期) x 10 ppm)。
如果将‘0’值加载到校准寄存器的符号位(D5)内,表示
负向校准。对位 D4 至 D0 加载二进制‘1’、‘2’或
‘3’,分别表示时钟的调整值为-2 ppm、-4 ppm 或-6
ppm,如此类推。最大二进制值‘31’表示对时钟调整值
为-63 ppm。
位 D5(符号位)中的‘0’值表示负向校准,并每百万周
期中被减去的周期数量
= 2.034 x < 校准位中的加载值 > ppm
公式 2
同样,符号位(D5)中的‘1’值表示正向校准
每百万周期中被增加的周期数量
= 4.068 x < 校准位中的加载值 > ppm
公式 3
所以,校准寄存器位(D4 至 D0)中加载的值‘1’将以 4
ppm 调整时钟;校准寄存器位(D4 至 D0)中加载的最大
值‘31’将以 126 ppm 调整时钟。
图 2. 振荡器分频器电路
X1
Low
Power
Oscillator
128 Hz
Div by 64
Div by 4
Calibration
Circuitry
Clock
Registers
X2
512 Hz
uncalibrated
signal
32.768 kHz 晶
振
INT
1 Hz signal
calibrated over
a 64 min cycle
From
calibration
register
INT
Controlled by CAL
bit in flags register
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2
赛普拉斯nvSRAM中的实时时钟校准
图 3. 时钟分裂和时钟消隐
Δt
额定频率的振荡(0 ppm 误差)
频率低于额定值的振荡(负
值误差)
以正向校准或时钟分离方法
进行纠正
频率大于额定值的振荡(正值
误差)
以负向校准或时钟消隐方法
进行纠正
设置校准
计算时钟误差
校准/控制寄存器
设置校准值前,需要计算所需的校准量。当标志寄存器中的
CAL 位(位 2)被置位时,INT 引脚将输出源于 32.768 kHz
晶振的未校准 512 Hz 时钟(如第 2 页上的图 2 所示)。该时
钟输出使能了应用程序,用于计算晶振输出频率与
32.768 kHz 额定频率相对的误差。通过实际频率与 512 Hz 频
率相对的偏离,可以确定所需纠正的大小和方向。使用公式 4
来计算误差(单位为 ppm):
要想设置校准,请将合适值写入位于 RTC 寄存器映射表中的
校准/控制寄存器内(请参考相关器件数据手册中的 RTC 寄存
器映射表)。校准/控制寄存器的位 D7 是振荡器的使能位;
仅在该位被设为 0 时,振荡器才会运行。位 D6 未使用,并被
读取为 0。位 D5 是校准符号位。将校准符号位 D5 设置为
‘1’,表示正向校准,并根据校准位[D4:D0]所指定的值向上
调整。将校准符号位 D5 设置为‘0’,则表示负向校准,并
根据校准位[D4:D0]所指定的值向下调整。位 D4 至 D0 中的二
进制值介于 0 至 31 范围,用于确定要实现的校准量(如第 2
页上的公式 2 和公式 3 所示)。
表 1. 校准/控制寄存器
D7
D6
D5
OSCEN
0
校准符号
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D4
D3
D2
校准值
D1
D0
   =
(  – 512 )
512 
× 106 
公式 4
例如,如果设置标志寄存器中的 CAL 位后,INT 引脚输出的
频率为 512.01024 Hz,表示振荡器频率误差为 20 ppm。由
于所需的纠正为-20 ppm,需要将-10 (001010)值加载到校准
寄存器内。请注意,设置或改变校准寄存器位不会影响 INT
引脚输出的频率。第 4 页上的表 2 列出了每个校准寄存器值
的校准量。
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3
赛普拉斯nvSRAM中的实时时钟校准
表 2.nvSRAM RTC 中的校准调整
时间
1
(秒/月 )
符号
校准值
调整量
(ppm)
0
0
1
00000
0
0
-2
-5
1
00001
4
11
-4
-11
1
00010
8
21
00011
-6
-16
1
00011
12
32
00100
-8
-21
1
00100
16
42
0
00101
-10
-26
1
00101
20
53
0
00110
-12
-32
1
00110
24
63
0
00111
-14
-37
1
00111
28
74
0
01000
-16
-42
1
01000
33
87
0
01001
-18
-47
1
01001
37
97
0
01010
-20
-53
1
01010
41
108
0
01011
-22
-58
1
01011
45
118
0
01100
-24
-63
1
01100
49
129
0
01101
-26
-68
1
01101
53
139
0
01110
-28
-74
1
01110
57
150
0
01111
-31
-81
1
01111
61
160
0
10000
-33
-87
1
10000
65
171
0
10001
-35
-92
1
10001
69
181
0
10010
-37
-97
1
10010
73
192
0
10011
-39
-102
1
10011
77
202
0
10100
-41
-108
1
10100
81
213
0
10101
-43
-113
1
10101
85
223
0
10110
-45
-118
1
10110
89
234
0
10111
-47
-124
1
10111
94
247
0
11000
-49
-129
1
11000
98
258
0
11001
-51
-134
1
11001
102
268
0
11010
-53
-139
1
11010
106
279
0
11011
-55
-145
1
11011
110
289
0
11100
-57
-150
1
11100
114
300
0
11101
-59
-155
1
11101
118
310
0
11110
-61
-160
1
11110
122
321
0
11111
-63
-166
1
11111
126
331
符号
校准值
0
00000
0
00001
0
00010
0
0
调整量
(ppm)
时间
1
(秒/月 )
注意 1:一个月 = 365/12 天
总结
赛普拉斯 nvSRAM RTC 器件提供的简单校准特性改善了计时精度。该方案并不提供补偿偏差(由于环境温度变化而动态变化导
致)的自动调整选项。但是,RTC 校准方法能够提高精度并补偿任何预测的温度漂移。
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赛普拉斯nvSRAM中的实时时钟校准
文档修订记录
文档标题: AN53313 — 赛普拉斯 nvSRAM 中的实时时钟校准
文档编号:001-92143
修订版
ECN
变更者
提交日期
**
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WAHY
06/16/2014
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变更说明
本文档版本号为 Rev**,译自英文版 001-53313 Rev*C。
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赛普拉斯nvSRAM中的实时时钟校准
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