17年潜心研发，持续打破国外垄断！大普通信推出车规级RTC芯片
当今世界，所有的电子产品系统中都有一个非常不起眼、但却非常重要的部件——实时时钟（RTC，Real_Time Clock）系统，主要由RTC芯片与32K晶体配合实现。实时时钟的作用是供精确的实时时间，或者为电子系统提供精确的时间基准。
数据显示，2020年，全球RTC市场规模达到了104亿元，预计2026年将达到150亿元，年复合增长率(CAGR)为5.3%。但是，RTC芯片，特别是高精度的RTC主要被EPSON、NXP、RENESAS、MAXIM等国际大厂牢牢占据，其中，EPSON和NXP的市占率较高。特别是在2020年下半年全球缺芯爆发之后，RTC芯片也出现了严重的缺货，国产替代的紧迫性也更为凸显。
在8月5日召开的“第十二届松山湖中国IC创新高峰论坛”上，国产RTC芯片厂商广东大普通信技术股份有限公司CTO田学红透露，目前大普通信的RTC芯片已经成功进入了多个世界500强客户供应链，批量出货近千万只。
资料显示，大普通信于2005年成立于东莞松山湖，是一家提供芯片、高稳时钟、时间服务器和射频无源器件整体时钟产品解决方案的供应商。在公司成立之初，大普通信就投身于面向通信设备领域的时钟产品解决方案的研发。在RTC芯片方面，跟随着中国在4/5G通信领域的快速发展和领先，大普通信自2018年开始研发，短短数年时间就成功打破国外垄断，目前已实现了全球领先。
在通信技术发展过程中，对时钟技术的要求不断提升，每一次通信技术的升级换代，都会带来传输带宽或传输速率大幅提升，这往往都会需要更高阶的通信调制。而高阶通信调制技术则带来了对时钟精度和噪声更苛刻的需求。比如现在的通信调制大都采用了QAM调制（正交幅度调制），这是一种同时对相位和振幅的调制，目前最高已经达到了1024QAM，即一个波形就可以表达2的10次方（1024）的数据（如下图右下角的图示，QAM引入了星座图，星座图上的每一个点都可以用一个夹角和该点到原点的距离表示），即10bit的数据。但是，因为发送一个符号所用的载波频宽是固定的，发送时长也是一定的，点数越多意味着两个符号之间差异就越小。因此对于时钟的精度和噪声也要求更苛刻。这就相当于在一个本就极为短暂的通信波段内，需要利用时钟精确的将其按照时序划分成1024个部分，以便于精确的识别每个点位，避免偏差。
经过过去17年的发展，大普通信先后推出了一系列领先的高精度、低噪声的时钟器件。目前已经拥有了全时钟系列产品，包括同步时钟等级国际标准（GR-1244-CORE）1级钟、2级钟、3级钟、4级钟。同时，大普通信还拥有基于IEEE1588标准时钟同步芯片和时钟缓存器芯片。在打破了国外垄断的同时，还实现了高水平的国产替代。目前大普通信的RTC芯片产品也已通过了各大行业头部客户的认证，并进入批量交付。
“RTC是一项复杂的设计工程，它需要将晶体特性和芯片设计完美的结合起来，才能达到最佳性能状态，设计门槛要求较高。我们公司虽然已经做了17年了，但国际上的大多数同行做这块都超过50年了，我们17年能够做到现在这个程度，我觉得还是很自豪的。”田学红说到。
△广东大普通信技术股份有限公司CTO田学红
国产车规级超高精度RTC芯片实现突破
在此次以“智慧出行”为主题的“第十二届松山湖中国IC创新高峰论坛”上，大普通信首次推出了两款全新的车规级超高精度RTC芯片INS5A8900 & INS5A8804，再度打破了国外厂商（主要是EPSON和NXP）在车规级RTC芯片市场的垄断，填补了国产车规级RTC芯片的空白。
过去多年通信市场主要是由于移动信通所带动，而现在随着手机市场发展的愈发成熟，这块市场的增长也早已开始放缓。相比之下，车载通信技术却才刚刚兴起，未来市场空间极大。因此，大普通信近两年也开始将目光投向了汽车通信市场。
田学红认为，虽然汽车是目前通信需求最复杂的终端产品，比如应用场景复杂多样，需求种类也很多，但是相比手机来说，汽车的体积更大、功耗要求更宽松，有更好的条件去支撑更高性能的通信指标。此外，汽车自动驾驶也需要的高精度定位，而目前汽车自动驾驶主要依靠卫星定位，但是卫星信号容易受到外界环境因素的干扰。如果拥有高稳定度的本地时钟，则可以将干扰的异常数据纠正回来，确保定位精度的稳定，再配合高性能的本地惯性导航，可以在各种复杂场景下保障定位精度在亚米级水平。在此背景之下，未来车载RTC系统的需求也将会迎来爆发式增长。
除了在车载通信、自动驾驶方面的应用之外，RTC系统也是汽车内多个系统的基础功能元件。比如汽车中控、仪表、音响、智能座舱、车载T-box、电池管理系统（BMS）、驾驶监控系统（DMS）、智能蓝牙钥匙等等。比如，RTC可以作为BMS系统的唤醒源之一，可以触发BMS对自身工作模式（休眠、运行...）的管理；RTC也是SOC电池管理算法的输入条件，可用于定期对SOC进行修正；RTC也可以提供精准的日历时间，为BMS提供历史数据和故障信息对应的时间坐标。
“BMS系统有充电、放电等各种各样不同的值，这些东西需要SOC不断用算法对电池的电量进出和不断地管理。这个时候RTC系统就可以帮助系统进行修正和调节，不然长期的误差积累下去，会导致BMS系统出现巨大的偏差，充电、放电都可能会产生危险。另外BMS系统里面有时候可能会存在异常，这可能会导致产品风险。这个系统里面只有RTC是永远工作的，所以RTC可以始终在这里面保持监测，有问题可以及时把BMS唤醒，或者让BMS醒来之后，帮我们读取事件。”田学红进一步举例解释到。
此次大普通信推介的两款全新系列的车规级超高精度RTC芯片当中，INS5A8900系列是一款高精度（3.4ppm-5.0ppm）、低功耗（最低1.2μA）、车规级RTC芯片，内置32.768KHz 晶振、高精度温度传感器以及温度补偿电路，可自动调整时钟精度，还具有I²C通信接口，支持日历（年、月、日、时、分、秒）和时钟计时等多种功能。
INS5A8804系列也是一款高精度、低功耗、车规级RTC芯片，相比INS5A8900系列，最大的区别就是加入了监测功能，监测到有特殊事件发生时，可以即使进行记录，最多可以记录128个事件。客户可以根据需要来监测不同的事件。
据介绍，INS5A8900和INS5A8804系列针对的是行业替代需求，可以完美替代某进口竞品，软硬件均可完全兼容。并且在关键指标测试和极限健壮性测试上表现更好，已经达到了全球领先的水平。根据大普通信的计划，这两款芯片将会在今年11月量产。
“国产化”与“国际化”并行
需要指出的是，这两款芯片是完全国产化的，包括从芯片到模组。田学红表示，“时钟类的器件有一个特点，我们很难依赖于行业标准的生产系统来完成生产流程。在过去的时候，这个事情比较艰难，生产和制造设备主要被日系厂商控制，大普通信现在是前端的设计和后端制造全部都实现了自主，我们基本上不会受到太多制约性的东西。”
田学红还强调，“大普通信致力于做开创性的产品，不是简单做国产替代，我们虽然有去兼容国外厂商的产品，但那不是我们想要做的，而是行业必须要做到的。”
在积极推动国产化同时，大普通信也在持续走向“国际化”。“大普通信有近半的销售额是来自海外市场，所以不单要国产化，还要国际化，不然海外的客户也有顾虑。所以，大普通信做了双向布局的，每一个供应链上都是在日本、台湾、大陆都有布局，全部都是双备份的，目的是让客户不要出于任何政治的影响，我们的供应链是安全的，可以供应的。”田学红解释到。
据了解，大普通信目前除了国内的布局之外，还在海外设立了研发中心和销售&技术服务中心，并与中国台湾地区、马来西亚的外协厂建立了合作。国际化的研发、制造、销售和技术服务，已为全球20 个国家、1700 家海内外客户提供了高品质产品和优质服务。
作者：芯智讯-浪客剑
电路应用｜一文带您了解时钟芯片RTC工作原理、用途、及经典应用
电路应用｜一文带您了解时钟芯片(RTC，Real Time Clock/Calendar)工作原理、用途、及经典应用(PCF8563/FH8563)
时钟芯片(RTC，Real Time Clock/Calendar)是利用相位锁定技术(PLL)来产生时钟信号，可以控制不同元件之间的时序，以保证正常的数字电路运行。而晶振是基于电学特性的无源元器件，利用晶体振荡的方式来产生稳定的振荡信号。
时钟芯片(RTC，Real Time Clock/Calendar)的工作原理主要分为以下几个步骤：
1. 常数频率偏差矫正
在时钟芯片的内部，第一步是常数频率偏差矫正，为了保证时钟电路的稳定性和精度，需要纠正芯片本身在设计及加工上产生的固定频率偏差。
2. 时钟信号输入
时钟芯片需要输入一个外部的时钟信号，这个信号可以是外部振荡器产生的信号，也可以是来自于GPS信号等其他源头产生的信号。通常情况下，时钟芯片会自动选择最好的、最符合性能要求的输入时钟信号，并进行自动调整。
3. 相位锁定环路(PFD和CP)操作
时钟芯片中的相位锁定环路(PFD和CP)是整个时钟芯片中最重要的部分。PFD的作用是将输入的时钟信号与芯片内部的本地振荡器输出信号进行比较，并产生相位误差信号，CP的作用是接收PFD输出的信号并反馈给本地时钟发生器，使得输出的信号与输入的信号同步。
4. 输出时钟信号
经过PFD和CP之后，时钟芯片内部的本地时钟发生器的信号就与输入的时钟信号在相位和频率上已经达到很好的同步，此时输出的时钟信号就相当精度和稳定性了。时钟芯片最终输出的产生的信号可以是符合电子设备的各种需要的，例如PCI标准的合适的信号，时钟芯片也可以输出倍频或者分频后的信号，以适应不同的应用场合。
RTC 芯片内部时钟电路原理
芯片内部时钟电路是一种用于提供芯片内部时钟信号的电路。它通常由一个振荡器、一个分频器和一个时钟控制器组成。
振荡器是一种电路，它可以产生一个固定频率的时钟信号。振荡器可以是晶体振荡器（XO）、外部振荡器或内部振荡器。
分频器是一种电路，它可以将振荡器产生的时钟信号除以一个固定的数字，从而产生一个更低的频率的时钟信号。
时钟控制器是一种电路，它可以控制芯片内部的时钟信号，并将其发送到芯片内部的各个部件。它可以控制时钟信号的频率、相位和持续时间，以及时钟信号的输出频率。
时钟芯片经典型号
PCF8563、FH8563、RX8025T、FM38025T、RX8010SJ、DS1302、DS1307
FH8563 器件介绍（带 I2C 接口的实时时钟/日历芯片）
FH8563 是一款低功耗CMOS实时时钟/日历芯片 ，它内置一个包括世纪、年、月、日、时、分、秒、星期的计时器，在电路中起到钟表的作用，系统可以设置和读取FH8563中存放的当前时间，从而对数据进行相应处理（例如计费、显示、记录等）。它内部集成了一个可编程的Alarm功能，在当前时间与Alarm设置时间一致，且对应的中断条件使能时，产生中断。
FH8563 内部集成了一个可编程时钟输出，一个中断输出，并集成了内部振荡器电容，最大限度减少了电路板上的布线数目，非常适合于复杂系统。所有的地址和数据都通过I2C总线接口串行传递，I2C总线的从地址为：0xA3（读数据）、0xA2（写数据）。最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动递增，可以实现连续读写功能。
典型应用电路
芯片引脚功能
电气特性
● 宽工作电压：0.9V-5.5V
● 低休眠电流：0.4uA(3.3V下的典型值)
● I2C通信频率最高支持400KHz
● 具有世纪标志位，万年历日期2000年-2199年
● 可编程时钟输出32.768KHz、1024Hz、32Hz、1Hz
● 内部集成振荡器电容
● 内部集成定时器
● 内部集成报警功能
● 中断开漏输出功能
● 封装形式：SOP-8L、TSSOP-8L、MSOP-8L、DFN3*3-8L（新增）
极限参数
应用领域
● 电池电源产品
● 便携、手持设备
● 复费率电度表、IC卡水表、IC卡煤气表
● 移动电话和传真机
● 门禁系统
PCB 设计应用说明
下图为 FH8563 的应用图示。SCL和SDA两个引脚需要连接到控制器的I2C总线上，在该图中未画出I2C总线的上拉电阻，该上拉电阻通常取值4.7KΩ左右。电池BAT（图中标注CR1220）作为后备电源，当VDD低于电池电压时，由电池向芯片供电。芯片的OSCI引脚还可以接入可调电容用以微调时钟频率用。CLKOUT和INT，可以根据实际需要接入电路中。
石英晶振频率的调整
由于 FH8563 用来计时，计时的精确性取决于所接的石英晶振频率的准确度。微小的频率偏差日积月累后就会距标准时间越来越大。这里给出调整石英晶振频率的若干方法。
方法1： 使用固定的OSCI电容。在应用电路板上经试验获得所需的电容平均值，然后采用该定值的电容元件。频率的测定，以通电后在CLKOUT引脚测出32.768KHz为最好。频率值偏差取决于石英晶片和电容的性能偏差，及其之间的偏差（平均为±5ppm）。经试验很容易将时间偏离控制在5分钟/年以内。
方法2： OSCI微调电容。通过调整OSCI引脚与地的微调电容，使加电时CLKOUT引脚输出准确的32.768KHz信号。
方法3： OSCI输出。直接测量OSCI引脚的输出，应考虑到测试时所引入的电容。
芯片时钟精度的校准
FH8563 走时精度是否准确取决于FH8563的晶体是否与负载电容匹配，推荐使用等效负载电容为12.5pF的晶体，OSCI端接15~21pF的负载电容，FH8563第7脚为CLKOUT，连接4.7KΩ上拉电阻，测试CLKOUT输出时钟频率，如果频率比32.768KHz快，则需要增大OSCI端电容，如果频率比32.768KHz慢，则减小OSCI端负载电容。
软件编程注意事项
当Timer功能打开并设置，Timer发生中断后，软件可以通过清除寄存器TF bit清除中断标志，并读取TF标志，确认清除正确。
芯片实物图
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