【導(dǎo)讀】時(shí)鐘同步的應(yīng)用廣泛，但常規(guī)的時(shí)鐘同步方案或?qū)K端設(shè)備要求高，或原理相對(duì)復(fù)雜。對(duì)此，本文利用大普的RTC秒上升沿即時(shí)生效原理，設(shè)計(jì)一種低功耗、高精確時(shí)鐘同步方案。
摘要
時(shí)鐘同步的應(yīng)用廣泛，但常規(guī)的時(shí)鐘同步方案或?qū)K端設(shè)備要求高，或原理相對(duì)復(fù)雜。對(duì)此，本文利用大普的RTC秒上升沿即時(shí)生效原理，設(shè)計(jì)一種低功耗、高精確時(shí)鐘同步方案。
時(shí)鐘同步的應(yīng)用涵蓋通信、交通、電力、視頻、醫(yī)療、金融、教育等領(lǐng)域，在低功耗的設(shè)備上提高時(shí)鐘的同步精度具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
1. 時(shí)鐘同步的概念及精度影響因素
2. 時(shí)鐘同步的設(shè)計(jì)原理
市場(chǎng)上RTC的時(shí)間寄存器分辨率一般精確到秒，但本文將探討基于RTC，如何進(jìn)行毫秒甚至微秒級(jí)別的時(shí)鐘同步設(shè)置。其主要原理是利用大普的RTC秒上升沿即時(shí)生效原理——即秒上升沿會(huì)移動(dòng)到秒設(shè)置生效的位置，當(dāng)MCU捕捉到時(shí)鐘服務(wù)器輸出1PPS上升沿時(shí)，對(duì)RTC進(jìn)行秒的寫操作，即能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)時(shí)鐘同步。工作原理框圖見圖1。
3. 時(shí)鐘同步的具體實(shí)現(xiàn)
3.1誤差確認(rèn)
減少誤差需要先分析和確認(rèn)誤差。如圖2所示，圖中T1是MCU軟件操作時(shí)延和IIC指令時(shí)延，主要和單片機(jī)以及IIC速率有關(guān)系。硬件和軟件系統(tǒng)確定后，T1即為固定值。T2是IIC操作生效到秒上升沿變化時(shí)間差，是RTC同步誤差，主要由RTC內(nèi)部邏輯電路確定，也是固定值。T3為T1和T2之和，即總誤差。
3.2誤差校準(zhǔn)
確認(rèn)誤差之后，需要對(duì)誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。如上文所述，總誤差為固定值T3，那么校時(shí)起點(diǎn)若相對(duì)于GPS/BDS秒上升沿提前T3，就能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的秒上升沿同步。如圖3所示。
4. 時(shí)鐘同步的測(cè)試驗(yàn)證
按照以上原理進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。實(shí)際測(cè)試結(jié)果顯示，經(jīng)過誤差校準(zhǔn)后，RTC輸出的1PPS（綠色）和服務(wù)器輸出的1PPS（黃色）同步精度非常高，相位偏差在±10us[3]內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了微秒級(jí)別的時(shí)鐘同步。
（10）多種接口類型，接口可定制
（2）超高穩(wěn)定度：
±3.4ppm @ -40℃～+85℃
（3）內(nèi)置晶體：32.768kHz
（9）封裝尺寸：3.2* 2.5*1.0mm
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