실시간 시계

 

실시간 시계

RTC(실시간 클록)는 현재 시간의 업데이트된 트랙을 유지하는 IC입니다.

이 정보는 시간에 따라 달라지는 기능을 수행하는 소프트웨어를 용이하게 하기 위해 일반적으로 직렬 인터페이스를 통해 마이크로프로세서로 읽을 수 있습니다. 실시간 클럭은 일반적으로 메인 시스템의 전원이 꺼진 후에도 계속 실행되므로 초저전력 소비를 위해 설계되었습니다. 이를 통해 일반적으로 마이크로프로세서에 의해 직접 설정되는 절대 시간 참조에 대해 현재 시간을 유지할 수 있습니다. 그림 1은 간단한 RTC의 일반적인 내부 작동을 보여줍니다.

그림 1: PCA21125의 내부 회로 블록

RTC는 매우 일반적인 요소입니다. 이는 자동차 애플리케이션의 계기판 및 인포테인먼트 시스템부터 주택 계측에 이르기까지 모든 곳에 존재합니다. 실시간 시계는 자동차 라디오에 사용되는 광대역 통신 IC와 같은 다른 장치에 통합되는 경우가 많습니다.

일반적으로 SPI 또는 I 2 C 직렬 버스를 통해 마이크로프로세서 회로에 인터페이스하고 백업 메모리, 마이크로프로세서를 감독하기 위한 감시 타이머 및 실시간 이벤트를 생성하기 위한 카운트다운 타이머와 같은 다양한 기능을 포함할 수 있습니다. 일부 실시간 시계에는 초 또는 분 인터럽트 출력이 포함되어 있으며 윤년을 설명할 만큼 똑똑합니다(그림 2 참조).

 

그림 2: 시간 함수의 데이터 흐름 다이어그램.

RTC는 발진기(일반적으로 외부 32.768kHz 수정 발진기 회로, 내부 커패시터 기반 발진기 또는 심지어 내장된 수정 발진기)의 주기를 계산하여 클럭을 유지합니다. 일부는 전환을 감지하고 연결될 수 있는 입력의 주기성을 계산할 수 있습니다.

이를 통해 RTC는 주 전원 공급 장치의 50/60Hz 리플을 감지하거나 GPS 장치 에포크 틱에서 나오는 전환을 감지하고 축적할 수 있습니다. 이를 수행하는 RTC는 PLL(위상 고정 루프)처럼 작동하여 내부 클록 참조를 외부 신호에 '잠그기' 위해 이동합니다. 실시간 클록이 외부 참조를 잃으면 이 이벤트(PLL이 잠금 해제됨)를 감지하고 내부 발진기에서 프리런할 수 있습니다.

일부 RTC는 입력 잠금이 해제되기 전 마지막으로 알려진 지점에서 오실레이터 설정을 유지합니다. 시간 해상도는 중요한 고려 사항입니다. 현재 시간을 얼마나 정확하게 읽어야 합니까? 이는 RTC 데이터시트에 명시되어 있지만 궁극적으로 발진기 주파수에 의해 제한됩니다.

자체 내부 기준에서 실행되는 RTC는 크리스털 기준의 절대 정확도와 관련된 오류를 통합하며 온도를 포함한 여러 조건의 영향을 받습니다. 크리스털은 일반적으로 약 -10°C ~ 60°C의 온도 범위 내에서 작동하도록 지정되어 있으며 설계가 이 범위를 벗어나면 정확도가 감소합니다(그림 3).

일부 RTC에는 수정 발진기 회로의 정확도를 확장하고 높일 수 있는 온도 보상 기능이 통합되어 있습니다. 크리스탈도 노화되고 이로 인해 물리적 특성이 바뀌어 추가 오류가 발생합니다. 일반적인 저가형 크리스털은 약 +/-20ppm(백만분율)의 주파수 허용 오차를 가지며 오류가 천천히 누적됩니다. +/-20ppm 크리스털은 매시간 72mS, 하루 1.7초까지 표류할 수 있습니다. 드리프트를 수정하기 위해 때때로 재보정이 필요합니다.

연결된 프로세서는 어떤 방식으로든 업데이트된 '시스템 시간'을 획득하고 이 새 값을 RTC에 기록하여 계산을 시작합니다. 이 시스템 시간은 사용자 인터페이스의 수동 입력, GPS 장치 판독 또는 클라우드 연결에서 나올 수 있습니다.

그림 3: 일반적인 32.768kHz 크리스털의 온도에 따른 주파수 편차.

RTC는 지속적인 전력이 필요하며 전력 소비가 매우 낮아야 합니다. 대부분의 RTC는 장치가 켜져 있고 활성 상태일 때 디지털 회로 공급 장치를 사용하지만 회로의 전원이 꺼지면 지속적으로 연결된 전원으로 전환합니다. 이 전원은 전용 배터리, 충전된 슈퍼커패시터 또는 주전원과 별도의 전원 공급 장치일 수 있습니다.

많은 RTC는 이러한 전환을 감지하고 초저전력 상태로 전환하여 배터리 수명을 보존하기 위해 클록을 유지하는 데 필수적인 회로를 제외한 모든 회로의 전원을 차단합니다. RTC에는 알람 기능도 포함될 수 있습니다. 시간에 도달하면 RTC를 트리거하여 프로세서를 깨우는 출력을 구동하는 시간을 설정합니다.