摘要：現(xiàn)有的計算機系統(tǒng)實時時鐘的溫度補償?shù)倪^程中，需要CPU和模數(shù)轉換器ADC進行配合，而它們的功耗比較大，這就導致溫度補償運行時消耗較大的功耗，如果有一種低功耗的溫度補償方式，無疑對于系統(tǒng)電池供電將非常有利。
　　關鍵詞：實時時鐘；計算機；溫度補償
　　中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-3044（2019）11-0283-02
　　本文提出一種實時時鐘的自動溫度補償?shù)姆椒�，通過兩個時鐘驅動的計數(shù)器來記錄溫度從而進行溫度補償，不需要模數(shù)轉換器ADC和CPU參與，大大降低運行時消耗的功耗。
　　1 研究的背景及意義
　　在不同溫度下晶振輸出時鐘產(chǎn)生偏差，作為實時時鐘就是靠這個晶振計數(shù)計時，晶振輸出的周期數(shù)量不夠或者過多都會導致時間產(chǎn)生偏差。
　　溫度的不穩(wěn)定是許多計算機應用面臨的問題，特別是那些工作在寬溫范圍的應用（如：室外嵌入式工業(yè)/通信系統(tǒng)的設備）。當器件工作在溫度變化較大的環(huán)境中，頻率隨溫度的變化將成為影響計時精度的主要因素。
　　可通過計算得到晶振偏差帶來的時間偏差，使用32.768kHZ時鐘來計數(shù)，芯片極端溫度120度情況下是300PPM，這樣每天的秒數(shù)是sec = 24x60x60=86400 ，每天偏差的時間就是sec*300PPM=86400x300/1000000=25.92， 這樣可以看出來每天偏差幾乎是半分鐘了。
　　因此，帶溫度補償?shù)膶崟r時鐘芯片的需求正在不斷增加，其應用涉及電表、工業(yè)、通信等帶有部分嵌入式付費系統(tǒng)的設備、全球衛(wèi)星導航接收機及其他行業(yè)應用。
　　2 現(xiàn)有時鐘溫度補償方式
　　現(xiàn)有的實時時鐘的溫度補償方式 如圖1所示。用模數(shù)轉換器ADC將溫度傳感器采集的模擬溫度值轉化為數(shù)字值，將其處理之后即可作為補償表存儲器的地址，該地址中存放的數(shù)據(jù)正是這個溫度下的補償值，用這個補償值即可以對振蕩電路的電容和實時時鐘的秒時標計數(shù)器進行補償。在補償?shù)倪^程中，需要CPU和模數(shù)轉換器ADC進行配合，而CPU和ADC是功耗比較大的，這就導致溫度補償裝置運行時消耗較大的功耗，如果有一種低功耗的溫度補償方式，無疑對于系統(tǒng)電池供電將非常有利。
　　3低功耗的溫度補償方式與實現(xiàn)
　　3.1 研究思路
　　與現(xiàn)有的溫度補償方式不同，采用計數(shù)器計數(shù)的方法來記錄補償溫度，在運行過程中不需要CPU和模數(shù)轉換器ADC參與，可以降低成本，并且大大降低了運行功耗。
　　3.2 低功耗的溫度補償設計方法
　　通過計數(shù)器來對兩個溫度時鐘信號進行計數(shù)，實現(xiàn)計時和計溫，具體來說希望利用溫度傳感器產(chǎn)生兩個溫度時鐘信號，其中一個溫度時鐘信號振蕩頻率與溫度無關并用于計時，另一個溫度時鐘信號振蕩頻率與溫度成近似的線性關系并用于計溫，將計時結束時得到的計溫值進行處理得到溫度補償值，如圖2所示。
　　3.3 低功耗溫度補償方式的實現(xiàn)
　　如圖2所示，溫度傳感器產(chǎn)生兩個溫度時鐘信號，經(jīng)計數(shù)器獲得計數(shù)值，然后計數(shù)值傳至數(shù)字處理模塊并被其進行處理，獲得地址值。使用地址值尋址補償表存儲器，找到對應溫度的補償值，對振蕩電路和實時時鐘中的秒時鐘計數(shù)器進行補償，完成自動溫度補償。
　　晶體電路，產(chǎn)生時鐘信號，并將其傳至振蕩電路用于整形，最后經(jīng)過實時時鐘的識別，對其周期進行計數(shù)。
　　溫度傳感器產(chǎn)生振蕩頻率與溫度無關的溫度時鐘信號CLK_X和振蕩頻率與溫度相關的溫度時鐘信號CLK_Y，這兩個時鐘的頻率之間必然有一個微小的偏差，通過對這兩個溫度時鐘進行一定數(shù)量的計數(shù)，可以將將這個偏差進行放大。
　　兩個并聯(lián)的計數(shù)器1和計數(shù)器2對其進行計數(shù)，其中計數(shù)器1接收溫度時鐘信號CLK_X，計數(shù)器2接收溫度時鐘信號CLK_Y，然后數(shù)字處理器接收計數(shù)器1和計數(shù)器2的計數(shù)值進行處理，地址值尋址補償表存儲器得到對應溫度時的補償值，該補償值對實時時鐘的晶體振蕩器和實時時鐘秒時標計數(shù)器進行補償，完成自動溫度補償。
　　計數(shù)器計數(shù)的溫度補償方法中，計數(shù)器1和計數(shù)器2同時對這兩個溫度時鐘信號進行計數(shù)，當振蕩頻率與溫度無關的計數(shù)器1計到一定的值后，振蕩頻率與溫度相關的計數(shù)器2的計數(shù)值和當前補償溫度之間即有了一一對應的關系，將計數(shù)器2的計數(shù)值經(jīng)過數(shù)字處理，即得到溫度補償值。
　　3.3.1 計數(shù)器和時鐘信號頻率解析
　　當計數(shù)器1將溫度無關的溫度時鐘信號計數(shù)到M值時，計數(shù)器2將溫度相關的溫度時鐘信號也計數(shù)到N值，在不同的溫度下，這個N值是不同的，這樣計數(shù)器2的計數(shù)值N即和當前的補償溫度有了一一對應的關系，如圖3所示。
　　計數(shù)器1計數(shù)到M值所需要的時間要小于自動溫度補償?shù)臅r間間隔，為了滿足降低功耗、在不同溫度時保證計數(shù)器2的計數(shù)值N能夠產(chǎn)生變化這兩個條件，M值應盡可能小，又不能太小，故M值應該根據(jù)自動溫度補償?shù)臅r間間隔，所測的溫度點的個數(shù)以及CLK_X和CLK_Y的頻率差別來選取。
　　3.3.2尋址存儲方式解析
　　補償表存儲器存儲的溫度補償值與計數(shù)器2的關系示意圖，如圖4所示。
　　此時將計數(shù)器2得到的計數(shù)值 N減去一個偏移值W，得到尋址表存儲器的地址。因為在每個溫度下，得到的N值和減掉的偏移值W唯一，故得到的尋址存儲器的地址值也是唯一的。另外，補償表存儲器中已經(jīng)存放好了溫度補償表，用剛才所得的地址值去尋址補償表存儲器，即可以得到當前溫度下的補償值，該補償值可作用于振蕩電路和實時時鐘的秒時標計數(shù)器。
　　4 帶溫度補償?shù)膶崟r時鐘預期效果及展望
　　4.1應用前景
　　在不同溫度下晶振輸出時鐘產(chǎn)生偏差，作為實時時鐘就是靠這個晶振計數(shù)計時，在一些工作在寬溫范圍的應用中，當器件工作在溫度變化較大的環(huán)境中，可以自動進行溫度補償頻率，提高計時精度，并進一步降低功耗。
　　4.2對消費者的影響
　　帶溫度補償?shù)膶崟r時鐘可以應用涉及電表、工業(yè)、通信等帶有部分嵌入式付費系統(tǒng)的設備、全球衛(wèi)星導航接收機及其他行業(yè)應用，如果涉及付費系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的不準確性會增加用戶投訴及用戶滿意度和體驗，本文的溫度補償方法可以提高消費者數(shù)據(jù)的準確性，對用戶來說滿意度更高。
　　5 結束語
　　本文的實時時鐘溫度補償方法，與現(xiàn)有的溫度補償方式相比，在運行過程中不需要CPU進行干預，也無須模數(shù)傳感器ADC的參與，既可以降低成本，又可以每次溫度補償完成后，將溫度傳感器產(chǎn)生的兩個溫度時鐘信號進行關閉，直到下次進行溫度補償時再進行開啟，自動修正，提高了準確性并使功耗降到最低。
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　　【通聯(lián)編輯：光文玲】

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