Rtc Markt Erfahrungen: Eine Echtzeituhr (RTC) ist ein elektrisches Gerät, das den Zeitablauf misst (normalerweise in Form eines integrierten Schaltkreises).

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Obwohl RTCs am häufigsten mit Personalcomputern, Servern und eingebetteten Systemen in Verbindung gebracht werden, können sie in praktisch jedem elektronischen Gerät gefunden werden, das eine genaue Zeitmessung erfordert. Gewöhnliche Hardwareuhren, die nur Signale sind, die digitale Schaltkreise regeln und die Zeit nicht in menschlichen Einheiten messen, werden als Echtzeituhren bezeichnet. RTC ist nicht zu verwechseln mit Echtzeit-Computing, das die gleiche dreibuchstabige Abkürzung hat, aber nichts mit Zeit zu tun hat.

RTCs verfügen oft über eine Notstromquelle, die es ihnen ermöglicht, die Zeit zu behalten, selbst wenn die primäre Stromquelle ausgefallen oder nicht verfügbar ist. In älteren Systemen ist diese Notstromquelle normalerweise eine Lithiumbatterie, während einige moderne Systeme einen Superkondensator verwenden, der wiederaufladbar ist und gelötet werden kann. Ein batteriegepufferter RAM kann auch von der anderen Stromquelle gespeist werden. [7] Die meisten RTCs verwenden einen Quarzoszillator,[8][9], einige können jedoch auch die Netzfrequenz verwenden. [10] Die Quarzfrequenz beträgt normalerweise 32,768 kHz, was der von Quarzuhren entspricht. Es ist eine nützliche Rate, die mit einfachen Binärzählerschaltungen verwendet werden kann, da sie genau 215 Zyklen pro Sekunde beträgt. Die niedrige Frequenz spart Energie, während sie oberhalb des menschlichen Hörbereichs liegt. Die Temperatur hat einen geringen Einfluss auf die Größe der Quarzstimmgabel in diesen Kristallen, daher hat die Temperatur nur einen geringen Einfluss auf ihre Frequenz.

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Auf dem Siliziumchip bestimmter RTCs wird ein mikromechanischer Resonator verwendet. Durch die Verringerung der Anzahl der Komponenten in einem RTC werden die Größe und die Kosten des Geräts reduziert. Die Temperaturempfindlichkeit von mikromechanischen Resonatoren ist wesentlich höher als die von Quarzresonatoren. Als Ergebnis verwenden sie ein elektronisches Thermometer und eine elektronische Schaltung, um Temperaturschwankungen zu korrigieren. [11]

Die Genauigkeit typischer Quarz-RTCs reicht von 100 bis 20 ppm (8,6 bis 1,7 Sekunden pro Tag), während temperaturkompensierte RTC-ICs mit einer Genauigkeit von weniger als 5 ppm erhältlich sind.

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[13] Praktisch reicht dies für die Himmelsnavigation, die die traditionelle Funktion eines Chronometers ist. Atomuhren im Chip-Maßstab waren im Jahr 2011 zugänglich. Sie behalten die Zeit innerhalb von 50 Teilen pro Billion (51011), während sie viel teurer und leistungsintensiver sind (120 mW vs. 1 W). [14] Epson, Intersil, IDT, Maxim, NXP Semiconductors, Texas Instruments, STMicroelectronics und Ricoh sind nur einige der Unternehmen, die RTCs herstellen. Der Maxim Integrated DS1307 ist eine typische RTC, die in Einplatinencomputern verwendet wird.

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1984 führte der IBM PC/AT, der einen Motorola MC146818 RTC einsetzte, den RTC für PC-kompatible Geräte ein.

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[16] Später produzierte Dallas Semiconductor kompatible RTCs, die oft in älteren Personalcomputern verwendet wurden und auf Motherboards an ihrer charakteristischen schwarzen Batterieabdeckung und dem Siebdruck-Branding zu erkennen sind.

Die RTC ist in modernen Computersystemen in den Southbridge-Chip eingebaut.

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Eine Echtzeituhr ist in bestimmte Mikrocontroller integriert, aber nur solche mit vielen zusätzlichen Fähigkeiten und Peripheriegeräten.

Einige moderne Computer verwenden digitales Radio, um Uhrzeitinformationen zu empfangen und sie zur Förderung von Zeitstandards zu verwenden. Dabei gibt es zwei häufig genutzte Ansätze: Die aktuelle Ortszeit wird von den meisten Mobilfunkprotokollen (z. B. LTE) sofort zur Verfügung gestellt. Ein Computer kann das Netzwerkzeitprotokoll verwenden, wenn ein Internetradio verfügbar ist. GPS[19] oder Ultraniederfrequenz-Radiosendungen, die von einem nationalen Normungsgremium ausgestrahlt werden, werden manchmal von Computern als lokale Zeitserver verwendet (d. h. eine Funkuhr[20]).

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Programmierer für eingebettete Systeme sind mit dem folgenden System vertraut, das verwendet wird, um RTCs in Systemen zu erstellen, die sie nicht haben. Die meisten Computer enthalten einen oder mehrere Hardware-Timer, die Zeitsignale aus Quarzkristall- oder Keramikresonatoren verwenden. Diese zeichnen sich durch ein hochpräzises absolutes Timing (weniger als 100 Teile pro Million) und sind sehr wiederholbar (oft weniger als 1 ppm). Um sie in genaue Echtzeituhren zu verwandeln, kann eine Software die Berechnung durchführen. Um eine Vintage-RTC zu replizieren, kann der Hardware-Timer einen periodischen Interrupt bereitstellen, beispielsweise 50 Hz (siehe unten). Es verwendet jedoch Arithmetik zur Feinabstimmung der Steuerkette: Zeit = Zeit + Rate.

Die nominelle, berechnete Uhrzeit (z. B. für 1/50 Sekunde) wird von der “Zeit” abgezogen, wenn die Variable “Zeit” eine Konstante erreicht, im Allgemeinen eine Zweierpotenz, und die Zeitsteuerungssoftware der Uhr zum Zählen ausgelöst wird Sekundenbruchteile, Sekunden usw. Die mathematische Auflösung von “Rate” kann sich einem Teil pro Milliarde nähern, wenn 32-Bit-Variablen für Zeit und Rate verwendet werden. Da sie periodisch einen Bruchteil einer Sekunde verfehlt oder um zwei Bruchteile erhöht wird, bleibt die Uhr genau. Bei praktisch allen realen RTC-Anwendungen ist der leichte Sprung (“Jitter”) nicht erkennbar.

Der schwierigste Teil dieses Systems besteht darin, den angepassten Wert für th . zu findenDie variable “Rate” in Echtzeit. Der einfachste Ansatz vergleicht RTC und Referenzzeit zwischen zwei Uhreinstellungen und teilt die Referenzzeit durch die RTC-Zeit, um die “Rate” zu berechnen. Da die Internetzeit oft auf weniger als 20 Millisekunden genau ist, kann ein Abstand von 8000 Sekunden (2,2 Stunden) oder mehr zwischen den Einstellungen die vierzig Millisekunden (oder weniger) der Ungenauigkeit im Allgemeinen auf weniger als 5 Teile pro Million aufteilen, was zu einem Chronometer-ähnlichen . führt Präzision. Das Umwandeln von Datums- und Zeitangaben in Sekunden ist die Hauptschwierigkeit des Systems, obwohl die Techniken bekannt sind. [21]

Wenn ein Gerät ausgeschaltet ist, läuft die RTC normalerweise mit zwei Raten: eine beim Einschalten und eine andere beim Ausschalten. Dies liegt daran, dass die Temperatur und die Versorgungsspannung jedes Zustands konstant sind. Das Programm generiert zwei Tarife, um diese Bedingungen zu berücksichtigen. Für die zwei Zeiträume zwischen den vorherigen dreimaligen Stellen der Uhr speichert die Software die RTC-Zeit, die Referenzzeit, die Ein- und die Aus-Sekunden. Es kann dies verwenden, um die Genauigkeit der beiden Intervalle zu bestimmen, von denen jedes eine unterschiedliche Verteilung von Ein- und Aus-Sekunden hat. Um zwei Raten zu berechnen, löst die Ratenmathematik zwei lineare Gleichungen, eine für ein und die andere für aus.

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Ein anderes Verfahren verwendet ein elektronisches Thermometer (z. B. einen Thermistor und einen Analog-Digital-Umsetzer), um die Temperatur des Oszillators zu überwachen, und ein Polynom, um die “Rate” ungefähr einmal pro Minute zu berechnen. Diese benötigen eine Kalibrierung, die die Frequenz bei verschiedenen Temperaturen misst, gefolgt von einer linearen Regression, um die Temperaturgleichung zu erhalten. SC-geschnittene Quarzkristalle sind in einem System am weitesten verbreitet, und ihre Geschwindigkeiten über der Temperatur können mit einem Polynom dritten Grades beschrieben werden. Die Frequenz wird bei vier Temperaturen überwacht, um sie zu kalibrieren. Die parabolischen Temperaturgleichungen (2. Grades) in beliebten Stimmgabel-Kristallen, die in Uhren und zahlreichen RTC-Komponenten verwendet werden, können mit nur drei Beobachtungen kalibriert werden. MEMS-Oszillatoren benötigen je nach ihrer mechanischen Architektur vier bis sechs Kalibrierungstests, die von Polynomen dritten bis fünften Grades reichen. Kommerzielle RTC-ICs können ein ähnliches Konzept verwenden, aber die genauen Methoden einer effizienten Hochgeschwindigkeitsfertigung sind privat.

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