硬件電路設(shè)計之RTC電路設(shè)計

1 簡介

問題： 大家有沒有想過當(dāng)我們有些電子設(shè)備，在離線的情況下掉電一段時間后，重新開機(jī)后時間依然能正常顯示？

基于上述的這個問題，我們很自然就能引出我們今天的主角——RTC。 RTC的英文全稱為Real-Time Clock，它為人們提供精確的時間,或者為電子系統(tǒng)提供精確的時間基準(zhǔn)。 目前實時時鐘芯片大多采用精度較高的晶體振蕩器作為時鐘源。有些時鐘芯片為了在主電源掉電時，還可以工作，需要外加電池供電。

2 RTC電路設(shè)計

目前我接觸過的RTC實現(xiàn)方式主要有三種： 超級電容 、 紐扣電池 、RTC芯片+紐扣電池。

2.1 超級電容

什么是超級電容？

超級電容（SC，Super Capacitance）是能夠快速存儲和供應(yīng)高功率電力以及大量循環(huán)（高達(dá)數(shù)百萬次循環(huán)）而不會顯示性能衰減的電化學(xué)裝置。

超級電容器和電池有什么區(qū)別？

超級電容的電路如何設(shè)計？

電路比較簡單，由一個二極管（BAT54H1G）、一個電阻(510R)和一個超級電容（1.5F）組成。具體原理圖見下：

工作原理

當(dāng)板卡上電時，超級電容通過二極管和電阻進(jìn)行充電，同時給RTC進(jìn)行供電；

當(dāng)板卡掉電時，超級電容放電，給RTC供電。同時，由于二極管的單向?qū)щ娦?，不會造成額外的放電。

充電測試

注意：二極管的壓降會隨著超級電容電壓的增加而降低。

放電測試

隨著時間推移，超級電容的電壓會逐漸降低，具體數(shù)據(jù)見下：

2.2 紐扣電池

我們常見的電池有鋅錳電池和鋰電池，這二者無論是在工作原理還是在各方面的性能上都存在差別，下面分別來進(jìn)行介紹：

鋅錳電池和鋰電池的工作原理有何不同？

鋰錳電池工作原理：靠氧化鋅和氧化錳反應(yīng)產(chǎn)生電能。

鋰電池工作原理：利用鋰離子在正極和負(fù)極之間的往返流動產(chǎn)生電能。

鋰錳電池和鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

紐扣電池電路設(shè)計？

紐扣電池的設(shè)計比較簡單，只需要一個二極管以一個紐扣電池底座連接器即可。有些電路可以在上面串聯(lián)一個1K電阻，具體需要參考設(shè)計手冊。

使用紐扣電池時，通常為了保證設(shè)備在正常工作時不消耗電池的電量，通常使用兩個二極管來進(jìn)行切換，具體電路設(shè)計見下：

紐扣電池底座：

2.3 RTC芯片和紐扣電池

這種RTC實現(xiàn)方式主要有以下兩種應(yīng)用場景：

沒有提供RTC功能。

RTC功能耗電量較大。

今天主要給大家介紹一款RTC芯片，該芯片為DS1339U-33+，電源采用3.3V，采用無源晶振的頻率為 32.768KHZ 的晶體，PIN8和PIN4為電源引腳，PIN3 連接紐扣電池，該芯片的電源供電和電池供電不需要二極管，內(nèi)部有切換電路，當(dāng) 3.3V 電源斷電后自動無縫切換到電池供電，控制方式 I2C 如下圖 PIN6 和 PIN5 腳，此接口并接在 I2C 總線上，芯片地址：1101000，查閱芯片資料有介紹芯片的地址，所用晶體規(guī)格有明確說明 32.768KHZ 的晶體需要 6pF負(fù)載電容，常規(guī)的 32.768KHZ 晶體都是 12.5pF。

說明：

建議I2C電壓標(biāo)準(zhǔn)為5V時，采用可充電電池；I2C電壓標(biāo)準(zhǔn)為3.3V時，可采用固定容量的電池（如CR1632或者CR1220）。

DS1339U-33+在使用紐扣電池進(jìn)行供電時，假如最大的供電電流是1uA，250mA 的電池能 用多久，250x1000/1=125000小時，按照這樣計算電池能用 28 年。