深度解析：RTC电路上的32.768KHz时钟的频偏及测试

1、什么是RTC

RTC是Real-Time Clock（实时时钟）的缩写，通常在电子产品中，是用时钟电路（外部采用时钟芯片，比如AiP8563）或时钟模块(SOC内部包含了时钟模块，只需要外接32.768KHz晶振)来实现的。在板子系统上的所有电源都关闭的情况下，RTC电路模块也能继续运行，有外加电池供电（通常采用CR2023尺寸大小的电池，比如锂锰电池）。

即板子系统在没有接外部网络来获取同步时间，或通过其他设备来获取同步时间时，就只能通过该RTC电路或模块来获取时间。从该产品出厂时，RTC电路模块就一直在工作计时。

2、为什么是32.768KHZ？

2.1 15次2分频

因为2的15次方（32768 = 2^15）等于32768，即32.768KHz经过15次2分频后，能够产生频率为1Hz的信号，正好作为时间基准1秒钟。

分频可通过触发器来操作，比如用D类触发器进行二分频（15次二分频）。

2.2 低功耗

高频率的晶振需要更多的能量来维持振荡，功耗也相对更大。

低频的32.768KHz晶振需要的激励功率就很小，通常max值在0.5uW以下。而高频率的24MHz晶振的激励功率通常max要在100uW。

在整机低功耗要求下，也经常在待机时采用32.768KHz来维持低功耗系统。

2.3 成本

高频晶振在材料、封装、测试、生产、工艺等方面都要求很高，以确保其稳定性和可靠性，相应成本也就更高。

但是，高频24MHz晶振的用量很大（那算在单体上的成本也就低了），而32.768KHz用量相对少，两者的价格相差不大，都在0.2RMB左右。

3、如何测试32.768KHz的时钟偏差？

通过示波器只能看到波形，而没法得到具体的频偏，测试晶振频偏要采用频谱仪，而由于频谱仪的带宽原因，32.768KHz晶振频率太低，也不能测试32.768Khz的频偏。

3.1 测试方法1

方法1：晶振厂家会有专门测试32.768KHz在电路工作时的频偏，如QWA-5石英钟表仪器就是专门用来测试32.768KHz的设备。而正常做终端设备公司不会有这样的仪器，这样只能寄板子给晶振厂家帮忙安排测试。

3.2 测试方法2

方法2：可让产品进行长时间工作（比如7天时间），要先去掉联网和外界其他设备，看其计时时间偏差多少。

4、PPM频偏对应的时间精度

4.1 计算方法1

测量的PPM=(▲f/fo)x1000000

▲f：测试的误差频率

fo：32.768KHz的标准频率

例如频偏是1PPM，经公式计算：

1PPM=（▲f/32768）x1000000

▲f=32768/1000000

▲f=0.032768Hz

即计算出的频偏误差：0.032768Hz

简单换算：cifang

1秒的频偏：0.032768Hz/2^15=0.032768Hz/32768=1PPM

1天频偏误差：（0.032768Hz/32768）x24小时x60分钟x60秒=0.0864秒

即1PPM=0.0864秒/天

4.2 计算方法2

直接用1PPM来计算：

1PPMx24小时x60分钟x60秒=0.0864秒

即1PPM=0.0864秒/天

（PPM是没有单位，是比例值，即1PPM可理解为，每百万秒中有±1秒的偏差）

5、RTC电路设计

时钟芯片的电路设计如下图所示。VCC_RTC是HYM8563芯片的电源，开机时VCC_3V3来供电，断电后是VCC_3V3没有电压的，电源就由CR2032电池来提供。

6、生产注意点

在研发或生产过程中，如系统会获取网络上的准确时间后，当人不小心碰到32.768KHz晶振时，

获得的系统时间可能就会变成其他值，因此研发或生产过程中要注意保护好32.768KHz不受到人体触碰。

附录：

一般振荡频率越高，由于石英晶片越薄，ESR越小。

32.768KHz晶振的谐振电阻90KΩ。

24MHz晶振谐振电阻40欧姆。

——END——

丛林社会，从来不相信眼泪；再多的抱怨也没有用，不会有人可怜的

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