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epson的rx-8025t
實時時鐘晶元
具有極低的功耗，內建高穩定度的32．768khz的晶振，並自帶溫度補償功能，通過相應的設定可以提高時鐘精度。由於其強大的功能以及極簡化的外圍電路，得到電表廠商的青睞，成為了智慧型四表領域應用比較廣泛的一款時鐘晶元。下面以「時鐘在電池供電的情況下工作5年」為目標，結合筆者的專案談一談rx-8025t電源的設計經驗。
rx-8025t
的電源方案一般如圖1所示。時鐘晶元供電採用二極體隔離，設計思路為節約時鐘電池損耗，採取系統電源優先供電原則。設計時需要注意如下幾點：
從rx-8025t晶元的資料手冊上我們可以看到，其工作電壓範圍比較寬：從2.2v到5.5v，這就使得我們可以在系統電源v3p3和電池供電vbat_rtc（一般為3.6v）上使用具有正向壓降的二極體，實際輸入到時鐘晶元的rtc在3v～3.3v之間。
需要注意的是，電池的二極體v23和系統電源的二極體v20選型必須不一樣（如圖2所示），這是因為一般的鋰電池電壓為3.6v，而系統電壓為3.3v，同樣壓降的二極體之後，電池電壓依然是偏高的。這樣一來，即使在外部電源供電時，時鐘也會消耗電池的電量。如果系統電壓線路上的二極體選用ss14降低0.2v左右，那麼時鐘電路上的二極體選擇管壓降較大的ll4148降低0.6v左右則可以很好的解決這個問題。當外部供電時，系統電源經過ldo轉出的3.3v電壓在經過ss14後得到大於電池經過ll4148後的電壓，此時rx-8025t由主電源供電；外部停電後系統電源無電時，切換到鋰電池供電狀態。
鋰電池在業內主流的選擇為1200mah容量的鋰亞硫醯氯電池，供電電壓為3.66v，自身容量年損耗極小，可以忽略。即使電表一直不上電，以整體長時間待機的最大電流20μa計算，電池的供電時長也可以達到6.85年。
但在實際應用中，筆者發現影響到時鐘不能穩定工作五年以上的原因，往往並不是發生在電池供電的情況下，而主要是在外部電池長期供電後，切換到電池供電時發生的電壓不足，其根本原因是電池鈍化現象。
當電表由系統電源供電時，鋰電池相當於閒置開路，其內部會產生鈍化膜，而切換到鋰電池電池供電時，如果滯後的電壓低於時鐘晶元的工作電壓，那麼時鐘晶元就會完全「失壓」，系統時鐘會恢復到初始時間，導致時鐘工作異常。為了消除這種現象的影響，我們可以通過在時鐘晶元的電源上增加儲能電容，以消除這種影響，如圖2所示。
由於電壓滯後的時間比較長，電解電容無法對時鐘電池持續很長時間的供電，但是我們可以避免實際電網線路中的瞬間失壓，一般在一分鐘以內。從rx-8025t的資料手冊上可以看到，最大功耗不超過6.5ua，我們按照平均5ua估算，當我們需要電解電容在v3p3跌落後繼續供電60秒以上時，我們需要的容量為：
c=i*t/(uo-umin)=5ua*60s/(3v-2.2v)=375uf
我們知道電解電容在低溫下會損失一部分的放電能力，不大於20%，那麼按照80%容量估算，375uf/80%=468.75uf，我們選擇的電解電容引數如圖2中的c57所示，容值為470uf，耐壓10v，電解電容必須要採用長壽命的。
在鈍化膜生成之後，除了通過儲能電容抵消影響之外，還可以使時鐘晶元維持乙個較小的電流放電，阻止鈍化層過厚。通常這個任務由電池電壓取樣電路來完成：通過選擇合適的電阻值，使電池放電電流控制在20ua左右，電池容量足夠支撐6.85年，同時也不會使鈍化膜過厚而出現電壓滯後導致rx-8025t完全掉電現象。
實測時鐘晶元及電池內阻自放電的電流為8ua左右，那麼我們需要控制的取樣電阻阻值為3.6v/(20-8)ua=300k，最終我們得到的設計原理圖如圖3所示，其中r1+r2=300k。
除了上述電源設計之外，實際上rx-8025t的i2c匯流排與cpu之間的介面電路設計也很重要，一旦設計不慎，會產生很大的電流消耗，導致時鐘電池供電不足。
首先在i2c匯流排上需要注意電壓匹配。由於大部分mcu均支援3.3v供電，所以一般不需要轉換。當系統電壓為5v時，需要特別注意rx8025t的i2c總線電壓要求。另外，若在i2c匯流排上有多個器件時，應注意軟體設計，防止對rx8025t的誤操作。
其次，在pcb layout的時候需要注意rx-8025t與mcu的i2c走線應該越短越好，並且遠離高頻、高電流的訊號線。同時旁路電容也應該靠近rx-8025t的電源端，並增加地線敷銅的面積，以防止干擾的產生。
最後，在生產製程方面，由於內建晶振的影響，對rx-8025t進行貼片時，爐溫不宜隨意設定，需要參考資料手冊中的焊接溫度虛線。手工焊接時，需要按照焊接晶振的加熱溫度和時間進行控制。
綜上所述，通過上述三種電路措施，以及軟體、pcb、生產製程的控制，在常規環境下，完全可以使時鐘晶元滿足「且在不更換電池且電表斷電的情況下，維持電表時鐘正確工作的時間不少於5年。」
實時時鐘模組RX 8010SJ
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