Epson 愛普生即時時鐘模組優點和內建功能應用說明
Epson Real-Time Clock module Advantages& its embedded functions / applications
(第一篇: 產品選項和基本功能介紹)
文: 台灣愛普生 王建斌
概述
精工愛普生即時時鐘模組(Real-Time Clock Module)全款皆內建32.768kHz石英晶體元件和振盪電路，它具有超低耗電、高精度的時間與多種功能選項可支援，例如:喚醒計時器(Wake-up Timers)、電源切換(Power Switch)與時間戳記(Time Stamp)，或是高精準度溫度補正(Temp. Compensation)等功能。加上超小型產品封裝可供彈性設計選項，非常適用在IoT模組、穿戴式裝置、網路設備、監控系統，車高信賴度汽車應用等。
主要特點
- 超低耗電: 即使微控制器Microcontroller Unit(MCU)進入睡眠模式，RTC模組仍然可自行運作記錄時間。
- 高精度的時間: 多款具有溫度補償電路功能，RTC模組的廣工作溫度範圍(例如:-40 ~ +105度)內，仍然持續保持高精準的計時功能。
- 超小型封裝: 主要機種的包裝外型尺寸僅2 x 2.5 x 1.0mm。
- 低耗電流、高穩定振盪電路實現: 因為768kHz石英晶體振盪器封裝在內部，無需任何振盪電路外接零件接點(如負載電容、石英晶體元件)，暴露在電路板上，振盪電路信賴度高，適合工業或汽車等應用，需要在嚴苛工作環境(高低溫、高濕、結露問題)下運行。
- AEC-Q100 / AEC-Q200: 多款機種可支援車用零件設計製造認證。
愛普生(台灣) RTC模組，推薦主流產品功能規格比較表
|
機種 (通訊介面) |
基本功能
|
計時器精準度 (ppm/工作溫度條件) |
計時器耗電 (Vdd=3V) |
進階功能 |
|||
|
電源 切換 |
內部時間戳記 |
外部事件觸發 |
其他 功能 |
||||
|
RX8111CE (I2C) |
超低耗電 時間戳記 |
A: ±11.5 / +25°C |
100nA (typ.) |
有 |
共8筆時間 (年、月、日、時、分、秒*) |
無 |
|
|
RX4111CE (SPI) |
超低耗電 時間戳記 |
A: ±11.5 / +25°C |
100nA (typ.) |
有 |
共8筆 時間秒* |
無 |
無 |
|
RX8130CE ( I2C) |
各種二次電池自動 電路切換、充電 |
B: ±23.0* / +25°C |
300nA (typ.) |
有 |
無 |
無 |
無 |
|
RX8804CE ( I2C) |
內建溫度補正功能 工作溫度(+105 ) |
XA: ±3.4 / -40 to +85°C ±8.0 / +85 to+105°C |
350nA (typ.) |
無 |
1筆時間 (年、月、日、週、時、分、秒) |
SOUT (狀態 輸出) |
|
|
RX8900CE ( I2C) |
內建溫度補正功能 工作溫度(+85 ) |
UA : ±3.4/ -40 to +85°C |
700nA (typ.) |
有 |
無 |
無 |
無 |
|
*RA8804CE ( I2C) |
內建溫度補正功能 工作溫度(+105 ) AEC-Q100 |
XA: ±3.4 / -40 to +85°C ±8.0 / +85 to +105°C |
350nA (typ.) |
無 |
1筆時間 (年、月、日、週、時、分、秒) |
SOUT (狀態 輸出) |
|
|
*RA8900CE ( I2C) |
內建溫度補正功能 工作溫度(+85 ) AEC-Q200 |
UA: ±3.4 / -40 to +85°C |
700nA (typ.) |
有 |
無 |
無 |
無 |
* RA系列為車用規格零件設計製造；RX 系列為工業應用、商規零件規格。
* ±23ppm約等同±2秒誤差/日(僅在+25°C條件，不包含工作溫度條件下產生的誤差)
* 每筆時間記錄(資料包含，年、月、日、時、分、秒、狀態戳記)，秒最小單位，可支援達1/256秒
關於RTC模組常見問題
什麼是RTC模組？
Real-Time clock(RTC)是一種數位時鐘，主要特點為超低耗電，即使在主電源關閉或MCU進入睡眠模式時仍然可以保持計時器時間。愛普生將石英晶體(32.768kHz)、震盪電路與RTC IC整合成一種包裝，所以稱為RTC模組。這樣的設計不再需要匹配外部電容與石英晶體，可以簡化產品設計流程，和高信賴度的電路振盪即計時器精準度，縮短電子產品設計時間。
為什麼需要RTC模組？
大多MCU內建有RTC功能，相較於RTC模組來比，即使MCU在睡眠模式或是低功耗模式時的耗電還是比較高，若產品有電池壽命或是省電考量，那麼使用MCU內含的RTC功能可能就較不適合，設計上就需要考慮RTC模組，以愛普生RX8111CE為例，在僅計時器運行備用模式VDD= 3V下，耗電僅100nA(額定值)，相較於MCU內建RTC功能耗電流μA耗電，要省電許多。
時間需要多精準？
計時器時間的精準度來自於32.768kHz石英晶體振盪電路誤差，通常以百萬分之一表示(part per million=百萬次震盪偏差)，時間偏差量和32.768kHz振盪器設計、出廠校正有關。而32.768kHz為音叉型石英晶振，有著負溫度係數的特性，頻率偏差呈現開口向下拋物線狀(圖一)，溫度在25℃時為其最大頻偏頂點(零點)，另在工作溫度範圍-40℃~ +85℃下，依其二次溫度系數B值計算，其頻率偏差變化推算簡化推算公式為下 (本推算值不考慮振盪電路負載電容量，亦會隨溫度變異而略小)
Ti=+25℃(室溫)、ΘX=特定溫度點、B = -0.04ppm/℃2最大
為了克服32.768kHz石英晶振的負溫度係數特性，愛普生提供了多款內建溫度補償電路功能的超高精準度的溫度補償型RTC模組，例RX8900CE與RX8804CE系列，其最高保證精準度可以達到±3.4ppm (本誤差包含工作溫度條件-40℃~ +85℃範圍)，或是±8ppm / -40℃ ~ +105℃。
愛普生(日本)也設計提供方便的小工具，輸入頻率偏差可以直接換算成時間誤差，一天誤差幾秒或一天誤差幾分可清楚知道，請參考下載連結: https://www5.epsondevice.com/en/information/technical_info/rtc_tool/OUT-20-5891_rtc-calculatorRev10English.xlsx
瞭解更多愛普生即時時鐘模組相關產品:
https://www5.epsondevice.com/en/products/rtc/