專利名稱：一種高精度實時時鐘芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高精度實時時鐘芯片。
背景技術：
電表是我國電工儀表行業(yè)中產能最大的產品，目前中國是世界上最大的電表生產國和出口國，大約每年生產2億只電表。目前國家正在建設智能電網、其中智能電表是其中重要的環(huán)節(jié)，電表領域目前已經進入智能電表時代，傳統(tǒng)的機械電表已經徹底淘汰。電表的主要市場為民用電表市場，國家政策是每戶一表，民用電表主要是由中國電網公司進行招標采購和安裝，中國電網分為國網和南網，其中廣東、海南、廣西、云南及貴州為南網，其它為國網。電表是國家的電量計量產品，由于電表長期運行會造成計費不準確的現(xiàn)象，所以國家基本上要求5-8年更換一次電表。電表的采購招標方式由最早的地區(qū)招標演變?yōu)槭〖壵斜?，國網從2010年開始采取統(tǒng)一招標的方式進行采購；而南網目前還是采用省級招標的方式。中國約有4億戶家庭，那么中國民用電表的總容量約為4億只。按照5-8年的使用壽命，那么每年的需求量大概在6000萬只左右。為了建設智能電網，國家電網公司從09年開始對民用電表進行改造，逐步將家用電表全部改造成智能電表，近幾年是中國智能電表建設的高峰期，需求量更大，近幾年智能電表需求量為7000-8000萬只/年。全國電表總更換量和新增量約為4億只，目前已有1.5億-1.6億只電表完成了更換，從今年下半年到2015年還有2.5億只電表需要更換。

實時時鐘(Real-Time Clock，RTC)是一種應用廣泛的消費類電子產品，其功能也在設計發(fā)展中成長強大，在種類上也多種多樣。實時時鐘芯片是一種高密度集成的專用時鐘集成電路，適合于一切需要微功耗及準確計時的場合，如手機、電視機、復費率電表、高精度時鐘、可編程時間控制器、數(shù)碼相機等等。當前市面上普通的實時時鐘精度多在±20ppm(即每月近一分鐘的誤差)之間，很多情況下無法完成高精度的要求；其主要原因是當前實時時鐘大多采用晶體振蕩器作為時鐘源，然而溫度對晶振的精確度有顯著影響，晶體振蕩器的頻溫特性是導致RTC精度不高的主要原因。溫度補償晶體振蕩器中，對晶體諧振器的頻率一溫度特性有現(xiàn)有的模擬溫度補償晶體振蕩器(TCXO)。模擬溫度補償晶體振蕩器(TCXO)用一個變容二極管來控制振蕩器最終的頻率，利用熱敏電阻網絡來提供補償振蕩器所需要的溫度-電壓值，一般可以獲得量級的溫補晶振，但是這種模擬溫度補償方法的缺點是需要良好線性度的變容二極管及大量很小容差的熱敏電阻，而且存在著網絡調整的相互干擾，計算元件參數(shù)和調試都很困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種高精度實時時鐘芯片。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種高精度實時時鐘芯片，其特征在于:包括時鐘計時模塊、I2C接口模塊、報警與周期性中斷模塊、電源管理模塊和數(shù)字溫度補償晶體振蕩器:所述時鐘計時模塊:包括秒寄存器、分寄存器、小時寄存器、星期寄存器、日寄存器、月寄存器、年寄存器、方波輸出控制寄存器，所述小時寄存器、所述日寄存器、所述月寄存器和所述年寄存器連接有組合邏輯電路；所述I2C接口模塊:包括起振電路，所述起振電路依次連接第一分頻器、第二分頻器、第三分頻器、升壓電路、第四分頻器、第五分頻器、第六分頻器、第七分頻器和第八分頻器；所述報警與周期性中斷模塊:包括串行時鐘接口電路和串行數(shù)據接口電路，所述串行時鐘接口電路依次連接九進制計數(shù)器、移位寄存器的時鐘及控制信號、8位移位寄存器和檢測讀寫位，所述串行數(shù)據接口電路依次連接檢測應答位、所述8位移位寄存器和初始化信號，所述九進制計數(shù)器依次連接所述檢測應答位和所述初始化信號，所述8位移位寄存器依次連接產生串行輸出和輸出電路；所述電源管理模塊:包括啟動電路、第一電壓比較器和第二變壓比較器，所述啟動電路、第一電壓比較器和第二變壓比較器均連接邏輯電路；所述數(shù)字溫度補償晶體振蕩器:包括依次連接的溫度傳感器、模擬數(shù)字轉換器、存儲單元、電容陣列和晶體振蕩器。進一步，所述報警與周期性中斷模塊中的8位移位寄存器依次連接檢測片選和所述檢測讀寫位。本發(fā)明由于采用了上述技術方案，具有以下有益效果:把溫 度補償功能和晶體集成到芯片內，并通過自動修調算法實現(xiàn)可自校準的實時時鐘芯片，可在工業(yè)溫度范圍內對RTC進行修調，可實現(xiàn)自校準，極大提高了 RTC的精度，同時解決了宏觀電路布線上的很多電磁干擾問題，也節(jié)省了主系統(tǒng)的很多I/O資源。時鐘計時模塊可以記錄并進行秒、分、時、星期、日、月、年的時鐘計時功能，可記錄2000 2099年的萬年歷數(shù)據，并具有閏年修正功能。報警與周期性中斷模塊具有分、時、星期的定時報警功能和從/INTA輸出周期性中斷脈沖。為了預留其他用途，該芯片可將振蕩電路輸出的標稱頻率為32.768kHz的方波通過FOUT端口輸出；I2C接口模塊是是芯片與外界進行通訊的橋梁，完成了諸如數(shù)據移位、檢測應答信號、數(shù)據輸出等工作，并且給控制邏輯模塊很多用于控制的信號；電源管理模塊的功能是在主電源掉電后或不需要主電源工作時可啟動備用電源進行供電，維持晶振分頻電路和實時時鐘電路的正常工作，從而維持時鐘走時的連續(xù)性，而在備用電源供電的情況下，I2C接口電路失效，外部設備無法對芯片進行讀寫操作；數(shù)字溫度補償晶體振蕩器由實時時鐘的定時器控制溫度傳感器，定時采集溫度信息，由模擬數(shù)字轉換器產生量化數(shù)據，通過控制邏輯運算查表以修正校準寄存器的值，校準算法通過該值調節(jié)晶體振蕩器振蕩電路中的電容陣列，從而改變晶體振蕩器輸出的時鐘頻率，從而對時鐘進行校準。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:圖1為本發(fā)明中時鐘計時模塊的框圖2為本發(fā)明中I2C接口模塊的框圖；圖3為本發(fā)明中報警與周期性中斷模塊的框圖；圖4為本發(fā)明中電源管理模塊的框圖；圖5為本發(fā)明中數(shù)字溫度補償晶體振蕩器的框圖。
具體實施例方式如圖1至圖5所示，為本發(fā)明一種高精度實時時鐘芯片，包括時鐘計時模塊、I2C接口模塊、報警與周期性中斷模塊、電源管理模塊和數(shù)字溫度補償晶體振蕩器:所述時鐘計時模塊:包括秒寄存器、分寄存器、小時寄存器、星期寄存器、日寄存器、月寄存器、年寄存器、方波輸出控制寄存器，所述小時寄存器、所述日寄存器、所述月寄存器和所述年寄存器連接有組合邏輯電路。其中組合邏輯電路用于處理日月年的進位問題，能夠實現(xiàn)高精度計時，可以記錄并進行秒、分、時、星期、日、月、年的時鐘計時功能，可記錄2000 2099年的萬年歷數(shù)據，并具有閏年修正功能。所述I2C接口模塊:包括起振電路，所述起振電路依次連接第一分頻器、第二分頻器、第三分頻器、升壓電路、第四分頻器、第五分頻器、第六分頻器、第七分頻器和第八分頻器。I2C接口模塊是芯片與外界進行通訊的橋梁，完成了諸如數(shù)據移位、檢測應答信號、數(shù)據輸出等工作，并且給控制邏輯模塊很多用于控制的信號。所述報警與周期性中斷模塊:包括串行時鐘接口電路和串行數(shù)據接口電路，所述串行時鐘接口電路依次連接九進制計數(shù)器、移位寄存器的時鐘及控制信號、8位移位寄存器和檢測讀寫位，所述串行數(shù)據接口電路依次連接檢測應答位、所述8位移位寄存器和初始化信號，所述九進制計數(shù)器 依次連接所述檢測應答位和所述初始化信號，所述8位移位寄存器依次連接產生串行輸出和輸出電路；所述報警與周期性中斷模塊中的8位移位寄存器依次連接檢測片選和所述檢測讀寫位。報警與周期性中斷模塊具有分、時、星期的定時報警功能和從/INTA輸出周期性中斷脈沖。為了預留其他用途，該芯片可將振蕩電路輸出的標稱頻率為32.768kHz的方波通過FOUT端口輸出。所述電源管理模塊:包括啟動電路、第一電壓比較器和第二變壓比較器，所述啟動電路、第一電壓比較器和第二變壓比較器均連接邏輯電路。電源管理模塊的功能是在主電源掉電后或不需要主電源工作時可啟動備用電源進行供電，維持晶振分頻電路和實時時鐘電路的正常工作，從而維持時鐘走時的連續(xù)性。而在備用電源供電的情況下，I2C接口電路失效，外部設備無法對芯片進行讀寫操作。所述數(shù)字溫度補償晶體振蕩器:包括依次連接的溫度傳感器、模擬數(shù)字轉換器、存儲單元、電容陣列和晶體振蕩器。由實時時鐘的定時器控制溫度傳感器，定時采集溫度信息，由模擬數(shù)字轉換器產生量化數(shù)據，通過控制邏輯運算查表以修正校準寄存器的值，校準算法通過該值調節(jié)晶體振蕩器振蕩電路中的電容陣列，從而改變晶體振蕩器輸出的時鐘頻率，從而對時鐘進行校準，從而滿足高精度的要求。以上僅為本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明的技術特征并不局限于此。任何以本發(fā)明為基礎，為實現(xiàn)基本相同的技術效果，所作出地簡單變化、等同替換或者修飾等，皆涵蓋于本發(fā)明的保護范圍之中。
權利要求
1.一種高精度實時時鐘芯片，其特征在于:包括時鐘計時模塊、I2C接口模塊、報警與周期性中斷模塊、電源管理模塊和數(shù)字溫度補償晶體振蕩器: 所述時鐘計時模塊:包括秒寄存器、分寄存器、小時寄存器、星期寄存器、日寄存器、月寄存器、年寄存器、方波輸出控制寄存器，所述小時寄存器、所述日寄存器、所述月寄存器和所述年寄存器連接有組合邏輯電路； 所述I2C接口模塊:包括起振電路，所述起振電路依次連接第一分頻器、第二分頻器、第三分頻器、升壓電路、第四分頻器、第五分頻器、第六分頻器、第七分頻器和第八分頻器；所述報警與周期性中斷模塊:包括串行時鐘接口電路和串行數(shù)據接口電路，所述串行時鐘接口電路依次連接九進制計數(shù)器、移位寄存器的時鐘及控制信號、8位移位寄存器和檢測讀寫位，所述串行數(shù)據接口電路依次連接檢測應答位、所述8位移位寄存器和初始化信號，所述九進制計數(shù)器依次連接所述檢測應答位和所述初始化信號，所述8位移位寄存器依次連接產生串行輸出和輸出電路； 所述電源管理模塊:包括啟動電路、第一電壓比較器和第二變壓比較器，所述啟動電路、第一電壓比較器和第二變壓比較器均連接邏輯電路； 所述數(shù)字溫度補償浸提振蕩器:包括依次連接的溫度傳感器、模擬數(shù)字轉換器、存儲單元、電容陣列和晶體振蕩器。
2.根據權利要求1所述的一種高精度實時時鐘芯片，其特征在于:所述報警與周期性中斷模塊中的8位移位寄存器 依次連接檢測片選和所述檢測讀寫位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度實時時鐘芯片，包括時鐘計時模塊、I2C接口模塊、報警與周期性中斷模塊、電源管理模塊和數(shù)字溫度補償晶體振蕩器所述時鐘計時模塊包括秒寄存器、分寄存器、小時寄存器、星期寄存器、日寄存器、月寄存器、年寄存器、方波輸出控制寄存器，所述小時寄存器、所述日寄存器、所述月寄存器和所述年寄存器連接有組合邏輯電路；所述數(shù)字溫度補償晶體振蕩器包括依次連接的溫度傳感器、模擬數(shù)字轉換器、存儲單元、電容陣列和晶體振蕩器。本發(fā)明可在工業(yè)溫度范圍內對RTC進行修調，可實現(xiàn)自校準，極大提高了RTC的精度，同時解決了宏觀電路布線上的很多電磁干擾問題，也節(jié)省了主系統(tǒng)的很多I/O資源。
文檔編號G06F1/14GK103226376SQ201310149950
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月14日 優(yōu)先權日2013年4月14日
發(fā)明者盧斌 申請人:嵊州市華豐電子有限公司