Wann sollte ein eigenständiger RTC-IC anstelle einer MCU-integrierten RTC in IoT-Geräten mit geringem Stromverbrauch verwendet werden

Als Ende der neunziger Jahre Real Time Clock ICs (RTC ICs) auf dem Halbleitermarkt auftauchten, bestand ihr Hauptzweck darin, die Zeit zu halten und Daten und Zeitinformationen im Vergleich zu einem einfachen Taktzähler benutzerfreundlicher bereitzustellen. Seitdem haben sich diese Produkte weiterentwickelt und einige neue Funktionen wie Alarme, Watchdog, Zeitstempelaufzeichnung, eingebetteter Speicher und verschiedene andere eingeführt. Sie haben auch den Stromverbrauch auf flache Werte reduziert. In den letzten zehn Jahren wurde die RTC-Funktion jedoch oft zu einer integrierten Funktion in MCUs (MCU-RTC) mit Leistungen wie eigenständigen RTC-ICs.

Warum also eigenständige RTC-ICs verwenden? Und wenn ja, für welche Anwendungen und in welchem ​​Umfang?

Wir werden uns eigenständige RTCs ansehen, die in einigen spezifischen Anwendungen wie IoT verwendet werden, bei denen entweder die Leistung und die Genauigkeit Schlüsselfaktoren sind. Ein Eins-zu-Eins-Vergleich von Funktionen und elektrischen Parametern kann Designern helfen, den größtmöglichen Nutzen aus einem eigenständigen RTC-IC zu ziehen.

Wichtige Anforderungen im IoT und anderen Anwendungen mit geringem Stromverbrauch

IoT-Anwendungen umfassen verschiedene Gerätetypen:von leistungsstarken Multi-Core-Smartphones bis hin zu kleinen vernetzten Sensoren. Eine verlängerte Batterielebensdauer ist jedoch ein gemeinsames Bedürfnis für alle diese Geräte. Diese Anforderung ist insbesondere bei IoT-Geräten mit kleinen Batterien oder solchen, die mit geernteter Energie betrieben werden, von grundlegender Bedeutung. Abbildung 1 zeigt das typische Blockschaltbild eines IoT-Geräts mit geringem Stromverbrauch. Die MCU verwaltet die verschiedenen Funktionen des Geräts. Es entscheidet, die Peripheriegeräte entsprechend den Anwendungsbedingungen ein- oder auszuschalten. Das Ein-/Aus-Zeitmanagement der verschiedenen Funktionen ist ein wichtiger Weg, um den Stromverbrauch zu reduzieren. Sie wird minimiert, wenn die MCU in den Tiefschlafmodus wechselt, wenn sie nicht benötigt wird und wenn die Zeitbasis genau genug ist, um keine signifikante Zeitverschiebung zwischen dem Aufwecksignal und dem tatsächlichen Bedarf der Peripherieaktivierung zu erzeugen.

Abbildung 1:Typische IoT-Architektur

Die meisten RTC-ICs verfügen über ein sehr flexibles Interrupt-Management, das es ermöglicht, die Host-MCU von Millisekunden- auf Jahresperioden aufzuwecken. Auch wenn die MCU im RTC-Modus die gleiche Funktion hat, ist das Interrupt-Management der RTC-ICs völlig unabhängig von der Softwareausführung, was den vollständigen Schlafmodus der MCU ermöglicht und die Robustheit der Anwendung verbessert.

Verglichen mit der MCU-Stromaufnahme im RTC-Modus – im Bereich von einigen Mikroampere – bieten RTC-ICs diese präzisen Interrupts mit einem Stromverbrauch von unter einigen hundert Nanoampere – eine erhebliche Stromreduzierung.

Zeitmessung und Notstrom

Für alle IoT-Geräte ist die Einhaltung der Zeit von entscheidender Bedeutung. In Abwesenheit der Hauptstromquelle werden zuverlässige Informationen über das Auftreten von Ereignissen und Kommunikationszeitschlitze entweder mit einer kleinen Batterie oder einem Kondensator erreicht.