一、案例情形
工控板利用了NXP的PCF8563 RTC 芯片方案，在研发做环境温度摸底测试的时候， RTC时钟涌现偶发性延时或者超前征象，于是研发展开一系列的问题定位。
二、排查剖析
1、工控板利用了NXP的PCF8563 RTC 芯片方案，该方案是外置32.768kHz的石英晶体和电容，该RTC芯片的输出精度取决于其外接的石英晶体输出的时钟频率是否精准。石英晶体本身输出频率带有一定的偏差，常温25℃下，频率的偏差为±20ppm，均匀偏差可达5分钟/年。且随着韶光的增加，晶体电路元件的缓慢变革会造成长期性的频率漂移。同时，在外部温度较为极度的时候，时钟震荡回路可能涌现非常，影响到RTC的正常计时。
2、工控板RTC芯片供电电池选用了型号为CR2032的锂二氧化锰电池，该电池理论事情温度范围是-30℃~60℃。和其他锂电池类似，若外部温度较为极度的时候，会改变其内部的化学反应，导致电池寿命的降落或者电压非常的风险，从而影响RTC电路的正常事情。
图 1 PCF8563参考电路图
三、办理方案
极限温度下永劫光的高精度担保，有以下的办理方案：
1、选择带有温度补偿的RTC芯片如EPSON的RX-8025T。这款芯片是内置32.768kHz的晶体，具有高精度的温度补偿功能，输出的波形都是经由温度补偿校准过的，这样可以提高RTC的稳定性和精度。由于内嵌的晶体已经经由高温老化处理，比独立的晶体有更好的稳定性，精度偏差在-40℃~85℃范围内小于±5ppm。
2、选择工业级电池（例如：FANSO ER14505），理论上在事情温度-40~85°范围内能正常事情。参考电路图如图2所示：
图 2 RX-8025T参考电路图
由图2可知，RTC芯片事情电源由系统VCC_3.3电源和电池电源两部分组成。此电源电路的设计目的是当有外部电源供电时，RTC时钟事情时利用由外部电源经LDO转化而来的VCC_3.3电源，当外部电源停滞供电时就自动切换到电池电源供电。这样可以担保RTC芯片一贯能够正常地事情，同时可以延长电池的利用韶光。此电路的设计如以下所述：
1） 电源切换电路设计
由RX-8025T芯片的数据手册上可知，其事情电压范围是1.7V到5.5V；系统电源为3.3V、工业级电池ER14505电压为3.6V；可以通过二极管的正引导通特性来自动切换系统电源和电池电源的供电状态，使得RTC芯片能够保持正常事情状态。
由于系统电源电压为3.3V，电池电压为3.6V；如果要做到优先利用系统电源，那么就须要系统电源经由二极管后的电压比电池经由二极管后的电压要高，这样才能担保由系统电源优先事情。可以通过选择两只不同管压降的二极管来实现，二极管SS14的正引导通电压为0.2V旁边，1N4148的正引导通电压为0.7V旁边。那么可以在系统电源线路上串接一只SS14二极管，而在电池供电线路上串接一只1N4148二极管；这样当外部供电时，系统电源经由SS14后得到的电压值大于电池经由1N4148后的电压值，此时由主电源供电；当外部电源停滞供电后，电路自动切换成电池供电状态。
图 3 电源切换电路
2） 电压滞后处理
ER14505电池是一种供电电压为3.6V ，容量为2700mAh的锂亚硫酰氯电池；它的自身容量损耗极小，可以忽略不计。以待机电流为20uA打算，电池的供电可以达15年旁边。
但是在实际运用中，创造在系统电源长期供电后，溘然切换到电池供电时发生电压不敷，导致RTC时钟涌现非常，其根本缘故原由是电池发生了钝化征象。
当RTC芯片由系统电源供电时，锂电池相称于闲置开路，如果电池闲置的韶光过长，那么电池的内部会产生钝化膜，而切换到锂电池供电时，如果滞后的电压低于时钟芯片的事情电压，那么时钟芯片就会完备“失落压”，系统时钟就会规复到初始韶光，导致时钟事情非常。为了肃清这种征象的影响，我们可以通过在时钟芯片的电源上增加储能电容，以肃清这种影响。
图 4 电压滞后处理电路图
3） 掌握钝化膜天生
电池的钝化膜是由于电池永劫光处于闲置开路状态而形成的，那么我们可以使电池一贯坚持在一个较小的电流放电事情状态，这样可以减缓电池的钝化膜天生的速率。通过选择得当的电阻值，使电池处于放电状态，比如放电电流掌握在待机电流20uA旁边，这样电池容量足够支撑15年旁边，同时不会使钝化膜过厚而涌现电压滞后导致RX-8025T完备掉电征象，从而影响RTC时钟的正常事情。
当系统电源供电时，Q1导通，由电池BT1、R1、Q1形成回路，实现电池的放电状态；当系统电源停滞供电时，Q1截至，电池经由D2给RTC芯片U1供电。经实测时钟芯片及电池内阻自放电的电流为8uA旁边，那么我们须要掌握的电阻R1的阻值为3.6V/(20-8)uA=300k。
图 5 掌握钝化膜电路图
4） PCB设计
5）
在PCB layout的时候须要把稳RX-8052T与MCU的I2C走线该当越短越好，并且阔别高频、高电流的旗子暗记线。同时旁路电容也该当靠近RX-8025T的电源端，并增加地线敷铜的面积，以防止滋扰的产生。
四、总结
致远电子嵌入式产品经由近二十年的设计履历积累，从产品的RTC时钟，电源管理，ESD防护电路，各种通讯接口等方面全面担保产品的稳定性。致远电子从2001年从8位单片机方案设计开始，逐步节制ARM7、ARM9、Cortex-A7、A8、A9、M7以及最前沿的A53等ARM体系的处理器运用技能，拥有全系列的工业级ARM核心板与工控机。同时，基于对嵌入式技能的理解与积累，我们自主研发下一代软件开拓平台－Aworks实时操作系统，帮助用户基于稳定的软硬件平台快速实现产品开拓，基于ZLG工业级核心板/工控板开拓的产品已广泛运用于电力、轨道交通、工业现场、医疗等对产品可靠性哀求较为苛刻的场合，并不断深入为各行业供应整套行业运用办理方案。
