Wanneer een stand-alone RTC IC gebruiken in plaats van een MCU embedded RTC in IoT-apparaten met een laag vermogen

Toen rond het einde van de jaren negentig Real Time Clock IC's (RTC IC's) op de halfgeleidermarkt verschenen, was hun primaire doel om de tijd bij te houden en gegevens en tijdinformatie op een meer bruikbare manier te bieden dan een eenvoudige klokteller. Sindsdien zijn deze producten geëvolueerd en hebben ze verschillende nieuwe functies geïntroduceerd, zoals alarmen, watchdog, tijdstempelregistratie, ingebouwd geheugen en verschillende andere. Ze brachten ook het stroomverbruik terug tot ondiepe waarden. In de afgelopen tien jaar is de RTC-functie echter vaak een geïntegreerde functie geworden in MCU's (MCU-RTC) met prestaties als standalone RTC IC's.

Dus waarom stand-alone RTC IC's gebruiken? En zo ja, voor welke toepassingen en in welke mate?

We zullen kijken naar standalone RTC's die worden gebruikt in een aantal specifieke toepassingen, zoals IoT, waarbij de kracht en de nauwkeurigheid sleutelfactoren zijn. Een één-op-één vergelijking van functies en elektrische parameters kan ontwerpers helpen om het meeste uit een stand-alone RTC IC te halen.

Belangrijkste vereisten in IoT en andere toepassingen met laag energieverbruik

IoT-toepassingen omvatten verschillende soorten apparaten:van krachtige multi-core smartphones tot kleine aangesloten sensoren. Een langere levensduur van de batterij is echter een algemene behoefte voor al deze apparaten. Deze vereiste is met name van fundamenteel belang bij IoT-apparaten met kleine batterijen of apparaten die worden aangedreven door geoogste energie. Figuur 1 toont het typische blokschema van een IoT-apparaat met laag vermogen. De MCU beheert de verschillende functies van het apparaat. Het besluit om de randapparatuur in of uit te schakelen volgens de toepassingsomstandigheden. Het aan/uit-tijdbeheer van de verschillende functies is een belangrijke manier om het stroomverbruik te verminderen. Het wordt geminimaliseerd als de MCU in de diepe slaapmodus gaat wanneer deze niet nodig is en als de tijdbasis nauwkeurig genoeg is om geen significante tijdverschuiving te creëren tussen het weksignaal en de daadwerkelijke behoefte aan activering van de randapparatuur.

Figuur 1:Typische IoT-architectuur

De meeste RTC-IC's hebben een zeer flexibel onderbrekingsbeheer waarmee de host-MCU van milliseconden tot jaarlijkse perioden kan worden geactiveerd. Zelfs als de MCU in RTC-modus dezelfde functie heeft, is het interruptbeheer van de RTC IC's volledig onafhankelijk van de software-uitvoering, wat volledige slaapmodus van de MCU mogelijk maakt en de robuustheid van de applicatie verbetert.

In vergelijking met het MCU-stroomverbruik in RTC-modus - in het bereik van enkele microampères - bieden RTC-IC's deze nauwkeurige onderbrekingen met een stroomverbruik van minder dan een paar honderd nanoampère - een aanzienlijke stroomvermindering.

Tijdwaarneming en back-up power

Voor alle IoT-apparaten is het bijhouden van de tijd cruciaal. Bij afwezigheid van de hoofdstroombron wordt betrouwbare informatie over gebeurtenissen en communicatietijdvakken bereikt met behulp van een kleine batterij of een condensator.