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實時時鐘(RTC)作為一種具備獨立計時和事件記錄功能的設(shè)備，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于許多電子產(chǎn)品中，并對時鐘的精度要求越來越高。根據(jù)封裝尺寸、接口方式、附加功能、時鐘精度和待機功耗等因素進行分類，市場上有各種種類的RTC產(chǎn)品可供選擇。
而在設(shè)計外置晶體結(jié)構(gòu)的RTC時，常常會面臨以下問題：
1. 外接晶體的選擇：
不同廠家、不同批次的晶體產(chǎn)品可能存在個別參數(shù)不完全相同的情況，這可能會導(dǎo)致較大的時鐘誤差。為了獲得較高精度的時鐘，晶體廠商通常會對32k晶體進行精度篩選，并提供室溫下±20ppm至±10ppm、甚至±5ppm的頻率精度。然而，即使選擇了±5ppm的晶體，仍無法保證在實際設(shè)計中達(dá)到理想的精度要求，因為晶體的實際頻率輸出精度受晶體和起振電路共同影響。
不同的RTC芯片對晶體的CL值要求也不同，如果匹配不當(dāng)，可能會導(dǎo)致較大的誤差以及起振緩慢或困難等問題。因此，在實際設(shè)計中經(jīng)常會遇到晶體選擇不當(dāng)?shù)膯栴}，這給客戶增加了額外的工作量。
2. 生產(chǎn)和應(yīng)用中的問題：
外置晶體增加了元件數(shù)量，從而增加了不良率的風(fēng)險。晶體的放置位置對產(chǎn)品性能有影響，一般要求晶體盡量靠近IC的頻率引腳，走線要盡量短，避免高頻信號線穿過晶體區(qū)域等。此外，出于成本考慮，一些客戶選擇直插型32k晶體，這也增加了生產(chǎn)的負(fù)擔(dān)和效率。
對于外置晶體的RTC設(shè)計而言，高溫高濕、高污染的應(yīng)用環(huán)境是一個考驗。這種環(huán)境條件下，晶體部分的線路阻抗和寄生電容容易增加，導(dǎo)致起振困難和精度下降等問題。整個回路特性的變化也可能對晶體本身造成損害，從而使產(chǎn)品存在失效風(fēng)險。
3. 難以實現(xiàn)溫度補償：
由于材料特性的影響，32k晶體對溫度較為敏感，可能導(dǎo)致時鐘精度漂移。因此，在對精度要求較高的應(yīng)用場合，需要進行溫度補償。一種常見的溫度補償方法是利用32k晶體的溫度-頻率曲線(Δf/f = B*(T - To)2 + fo)來補償溫度引起的誤差。然而，不同廠家的晶體曲率系數(shù)B有所不同，同時晶體電路匹配也會導(dǎo)致參比溫度下的頻率偏差fo發(fā)生變化，使不同溫度點的頻率偏差發(fā)生變化，從而無法對系統(tǒng)進行溫度補償。如果要實現(xiàn)高精度的溫度補償，每個晶體都需要進行參數(shù)標(biāo)定，這顯然是不現(xiàn)實的。
相比之下，內(nèi)置晶體的RTC具有以下優(yōu)點：
1. 減少器件數(shù)量，使得設(shè)計更緊湊和可靠。內(nèi)置晶體RTC可以確保時鐘精度的一致性，并避免除溫度以外的因素對精度產(chǎn)生影響。同時，內(nèi)置晶體RTC可以節(jié)省晶體匹配所需的時間和精力。
2. 內(nèi)置晶體RTC能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗特性，延長備用電池的使用壽命，為保持超長時鐘數(shù)據(jù)提供支持。
另外，在內(nèi)置晶體RTC設(shè)計中，不再需要考慮晶體的布局和走線，所有產(chǎn)品采用SMD封裝，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。
盡管如此，并非所有情況下都適合使用內(nèi)置晶體RTC。在某些特定的應(yīng)用需求下，仍然可能需要使用外置晶體RTC以滿足更高精度要求或特殊環(huán)境下的穩(wěn)定性要求。
總之，根據(jù)實際需求和應(yīng)用場景，選擇合適的RTC結(jié)構(gòu)(內(nèi)置晶體或外置晶體)對于確保時鐘精度、性能可靠性和設(shè)計效率都非常重要。
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