利用EPSON的RTC实时时钟模块+Panasonic电池实现系统级的低功耗

品慧电子讯IoT(Internet of things)，物联网开辟了大量新应用，并产生了更多对监控或者控制功能的渴望。不幸的是，功耗也随着功能的增加而增加。这是考虑整个系统功耗需求的出发点。大量的功能模块消耗很大的电流。幸运的是，并非所有功能都需要在最大的功耗模式下持续工作。那么目标就是关闭当下不需要的一切功能以减小功耗。一个设备始终一直在工作的就要求超低功耗。可以考虑使用RTC，因为RTC实时时钟是一直在工作的。

01 电流消耗

今天一切都声称是低功率（LP）。下一代应用程序可能只有轻微的功率减小就已经贴上了低功率LP标签。对于电池供电的系统，必须考虑实际的电流消耗与电池容量的关系。

可穿戴式，便携式和许多IoT应用被迫使用最少的能量以减小功耗。利用低电压电源是一个很好的起点，因为大多数耗散都具有欧姆特性。选择并优化电路以实现最低功耗。不同元件的比较说明了单个电流消耗的大小：微控制器单元（MCU）不需要连续运行！

02 电流消耗随时间变化

示例：无线远程监控模块。功能：根据控制系统的变化定期检查传感器，并且将大偏差值传输到基站。（Implementation A）在典型情况下，动作发生在时间a）的随机点。动作b）消耗最大电流。微控制器c）一直在运行以及时准备好以捕获必要的动作。集成在微控制器d）中的RTC允许对动作加时间戳。e）显示了总的电流消耗。

借助LOW POWER RTC模块(Implementation B），微控制器仅定期起来查看是否有动作要处理c''''''''），其他没有事件处理的时间恢复到休眠模式，因此平均电流c''''''''''''''''）可能降低到技术上的最小值。在实际情况下，动作时间（MCU处理事件）可能只是持续时间很短，只占整个时间段的一小部分，因此节省f）代表了主要部分。

03 在系统级别上进行低功耗划分

在设计早期阶段考虑供电架构架构是一种良好的做法。电源线应按照不同功能块可以完全关闭的方式进行布线。

3.1过程监视模块的通用示例

a）理想情况下，所有传感器都会连续激活（每秒1000次），但这是至关重要的吗？仔细研究每个单独的块可以探索降低功耗的潜力，只需延长采样之间的时间。

b）传感器1：只要温度<55°C，每分钟只需读取一次。当温度高于55°C，必须每10秒检查一次。

c）传感器2：水位不能快速变化，因此每15分钟检查一次就足够了。

d）通信：通信模块将在固定时间每天通信一次，或者在参数超过临界限值时立即通信。

3.2 关键点

关闭电源后，检查所有线路的漏电流。标准FET开关很容易泄漏几μA数量级的电流。具有开漏配置的通信线路也是潜在的漏电流来源。确保上拉电阻连接到控制器电源。用于开关电源的二极管必须是低泄漏肖特基型。

必须关闭测试频率输出并配置为最低功耗。

04 控制活动级别

在以下情况下达到最低的系统功耗：

只有一个超低功耗设备始终保持开启状态，控制定期唤醒并保持时间。

关闭所有其他块，如果不可行，该模块需要进入休眠状态或最低功耗空闲模式。这可能意味着>> 95％的时间内唯一的需要供电的电路是RTC模块。

05 选择关键器件

5.1 EPSON的RTC模块

EPSON的RTC模块优于具有单独Xtal的通用RTC，尤其适用于物联网和电源关键应用。以EPSON的RX8111,RX4111,RX8010SJ 等为例，将RTC电路与32.768 kHz晶振集成到模块中，具有如下的优势：

·RX8111CE

RX8111是一款拥有I2C接口和温度补偿功能的新型实时时钟芯片，RTC模块体积很小，具有内置的频率调整后的32.768 kHz晶体单元和自动电池切换功能。还配备了时间戳功能，用于记录和存储时间信息。适合用于工厂自动化设备，办公设备，手持终端，安全设备和其他小型电子产品等产品。

·RX4111CE

RX4111是一款拥有SPI接口和温度补偿功能的新型实时时钟芯片，RTC模块体积很小，具有内置的频率调整后的32.768 kHz晶体单元和自动电池切换功能。还配备了时间戳功能，用于记录和存储时间信息。适合用于工厂自动化设备，办公设备，手持终端，安全设备和其他小型电子产品等产品。

·RX8010SJ

1.高可靠性及稳定性，采用内置32.768KHz晶体, 减轻用户对电路匹配的负担和环境对晶体电路的影响。

2.软件对于系统的工作状态需要进行监控，以保证数据的正确和可靠性。8010 提供一个标志 VLF，该标志位的主要功能是检测内部晶体是否停振，当系统受到干扰或重新上电复位，VLF 就有可能被置位。独立的RTC模块可以作为完全独立的看门狗来监控执行期间的软件。

3.SOP 8 小型化封装, 引脚兼容NXP, Maxim/Dallas等多家RTC. 用户可再现有的电路上方便应用测试。

4.由于振荡器电路采用密封封装，外部无法触及高阻抗触点，因此可承受恶劣的环境条件，如潮湿和灰尘污染。晶体和RTC电路的距离非常小降低了对杂散信号耦合的敏感性。

5.时钟精度5 /-23PPM,由EPSON工厂出厂时每片调整,以保证精度要求。

5.2作为RTC的备用电源，松下纽扣电池很受欢迎。一颗稳定的电池所带来的效果，会大大延续产品的使用寿命。

松下的一次性纽扣电池CR2032，它的特性如下:

· 体积小：Φ20毫米，厚度3.2毫米

· 恒定电源电压：3.0 V

· 容量：225 mAh

· 高可用性

· 知名品牌：Panasonic

下图为松下常见的CR-2032电池，在20°常温环境下，配合Epson nA级别RTC，可以达到15年以上持续供电，保持产品在任何情况下，是RTC备电的稳定的后勤保障。

而这一切的秘密，来源于松下电池的低内阻。

•内阻是指电流通过电池时所受到的阻力。电池的内阻是化学电源的一个极为重要参数，它直接影响电池的工作电压，工作电流，输出的能量与功率，从功率和能量输出的角度来看化学电源的内阻越小越好。

•电池内阻与材料（正负极材料，隔膜，电解液等），结构以及装配过程有关。一颗“好”的电池应该保证在产品的后期，也要保持低内阻，才能确保其产品的稳定性。

另外，松下还拥有全业界最稳定的一次锂氟化碳电池（BR电池）系列，温度范围更广，持续放电能力更强。

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