实时时钟补偿电路及其补偿控制方法、万年历

技术领域

本发明涉及电力芯片技术领域，尤其涉及实时时钟补偿电路及其补偿控制方法、万年历。

背景技术

实时时钟(Real Time Clock)简称为RTC，是一种重要的电子设备，它在各种电子产品中提供实时的时间信息和时间基准，对于系统的稳定性和可靠性具有重要作用。通常把集成于芯片内部的RTC称为片内RTC，在芯片外扩展的RTC称为外部RTC。

目前RTC广泛应用于电力设备中，在变电、配电等领域的电力设备大多采用外部RTC，外部RTC大多集成内置晶振与温度补偿电路，用户可以不用考虑外接晶振带来的元器件匹配问题、温度特性问题与可靠性问题，缺点是外部RTC会带来一定成本的提升，因此不适用于有严格低成本要求的应用场景。在用电场景中，对设备成本要求较高，不能采用外部RTC，只能采用片内RTC，但是目前用电设备常用的主控芯片自带的RTC大多不具备自动温度补偿功能，不能满足用电场景中对RTC在宽温运行环境下的高精度，高可靠性要求。

发明内容

本发明提供了一种实时时钟补偿电路及其补偿控制方法、万年历，以实现对实时时钟的温度补偿，提高实时时钟输出的秒脉冲的精度。

根据本发明的一方面，提供了一种实时时钟补偿电路，其特征在于，包括：温度检测模块、补偿控制模块和秒脉冲生成模块；

所述温度检测模块与所述补偿控制模块连接，所述温度检测模块用于获取晶振的环境温度；

所述补偿控制模块与所述秒脉冲生成模块连接，所述补偿控制模块用于根据获取的所述晶振的环境温度和预设补偿曲线确定目标补偿信息，所述预设补偿曲线为所述晶振的环境温度与设定补偿信息的关系曲线；

所述秒脉冲生成模块用于根据所述目标补偿信息输出秒脉冲。

可选的，所述秒脉冲生成模块包括振荡电路和计数单元；

所述振荡电路与所述晶振连接，所述振荡电路用于输出时钟信号；

所述计数单元与所述振荡电路连接，所述计数单元用于根据所述时钟信号生成所述秒脉冲；

所述补偿控制模块与所述振荡电路，和/或，所述计数单元连接。

可选的，所述补偿控制模块包括电压补偿控制单元，所述目标补偿信息包括目标电压，所述预设补偿曲线包括第一曲线，所述设定补偿信息为输入至所述振荡电路中的电压，所述第一曲线为所述晶振的环境温度与输入至所述振荡电路中的电压的关系曲线；

所述电压补偿控制单元与所述振荡电路连接，所述电压补偿控制单元用于根据所述第一曲线和获取的所述晶振的环境温度确定所述目标电压；

所述振荡电路用于根据所述目标电压调整输入至所述计数单元中的时钟信号的频率；

所述计数单元用于根据所述振荡电路输出的时钟信号输出所述秒脉冲。

可选的，所述电压补偿控制单元包括数模转换子单元和电压生成子单元；

所述电压生成子单元和所述温度检测模块连接，所述电压生成子单元用于根据获取的所述晶振的环境温度和所述第一曲线确定数字量的电压；

所述数模转换子单元分别与所述电压生成子单元和所述振荡电路连接，所述数模转换子单元用于将所述电压生成子单元输出的数字量的电压转换为模拟量的所述目标电压。

可选的，所述计数单元为分频计数器，所述分频计数器的位数为24位。

可选的，所述补偿控制模块包括数字补偿控制单元，所述目标补偿信息包括计数信息，所述设定补偿信息包括对所述振荡电路输出的时钟信号在单位时间内的时钟周期的计数值的补偿值，所述补偿曲线包括第二曲线，所述第二曲线为所述晶振的环境温度与所述补偿值的关系曲线；

所述数字补偿控制单元与所述温度检测模块连接，用于根据获取的所述晶振的环境温度和所述第二曲线，确定所述计数信息；

所述数字补偿控制单元与所述计数单元连接，所述数字补偿控制单元用于根据所述计数信息控制所述计数单元调整对所述振荡电路在单位时间内的时钟周期的计数值以生成秒脉冲。

可选的，所述计数信息包括计数方向和所述计数值的补偿绝对值。

可选的，所述数字补偿控制单元包括计数信息生成子单元和寄存器；

所述计数信息生成子单元和所述温度检测模块连接，用于根据获取的所述晶振的环境温度和所述第二曲线，确定所述晶振的环境温度对应的单位时间内的时钟周期的计数值的补偿值；

所述寄存器分别与所述计数信息生成子单元和所述计数单元连接，所述寄存器用于根据所述计数值的补偿值生成计数方向和计数值的补偿绝对值，并根据所述计数方向和所述计数值的补偿绝对值控制所述计数单元调整对所述振荡电路输出的时钟信号在单位时间内的时钟周期的计数值。

根据本发明的另一方面，提供了一种万年历，包括时钟日历计数器和所述的实时时钟补偿电路，所述实时时钟补偿电路与所述时钟日历计数器连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种实时时钟补偿电路的补偿控制方法，采用上述所述的实时时钟补偿电路执行，所述实时时钟补偿电路的补偿控制方法，包括：

所述温度检测模块获取晶振的环境温度；

所述补偿控制模块根据获取的所述晶振的环境温度和预设补偿曲线确定目标补偿信息，所述预设补偿曲线为所述晶振的环境温度与设定补偿信息的关系曲线；

所述秒脉冲生成模块根据所述目标补偿信息输出秒脉冲。

本发明实施例提供的实时时钟补偿电路包括温度检测模块、补偿控制模块和秒脉冲生成模块，温度检测模块与补偿控制模块连接，补偿控制模块与秒脉冲生成模块连接，补偿控制模块根据实时获取的晶振的环境温度与预设补偿曲线确定出当前时刻下的温度所对应的目标补偿信息，并根据目标补偿信息控制秒脉冲生成模块输出根据温度调整后的秒脉冲，进而实现对温度的补偿，保证实时时钟可以在宽温环境下运行，提高实时时钟输出的秒脉冲的精度。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种实时时钟补偿电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种实时时钟补偿电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种实时时钟补偿电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种实时时钟补偿电路的补偿控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种实时时钟补偿电路的结构示意图，参考图1，实时时钟补偿电路包括：温度检测模块1、补偿控制模块和秒脉冲生成模块3；

温度检测模块1与补偿控制模块连接，温度检测模块1用于获取晶振的环境温度；

补偿控制模块与秒脉冲生成模块3连接，补偿控制模块用于根据获取的晶振的环境温度和预设补偿曲线确定目标补偿信息，预设补偿曲线为晶振的环境温度与设定补偿信息的关系曲线；

秒脉冲生成模块3用于根据目标补偿信息输出秒脉冲。

温度检测模块1、补偿控制模块和秒脉冲生成模块3均集成于同一芯片上，秒脉冲生成模块3基于晶振生成32.768KHz的时钟信号，晶振所在位置的环境温度变化时，秒脉冲生成模块3输出的秒脉冲信号也会发生变化。温度检测模块1可以为温度传感器，主要用于检测在不同应用场景中晶振所在位置的环境温度，并将温度转换为数字信号传输至补偿控制模块中。温度传感器在出厂时需要校准，校准后的温度检测精度可达±1℃。温度检测模块1与晶振之间的间距为设定距离以每隔设定时间获取晶振的环境温度。设定时间可以为半个小时或一个小时，在此不做具体限定。补偿控制模块中提前存储有预设补偿曲线，在形成补偿曲线时，在晶振温度变化的设定范围内，如-40℃-85℃，每隔2℃，测试秒脉冲生成模块3输出的秒脉冲与标准时钟源输出的秒时钟之间的时钟误差，并针对时钟误差计算、更改设定补偿信息，直至秒脉冲生成模块3输出的秒脉冲与标准时钟源输出的秒时钟之间的误差小于0.1ppm，记录下此时的温度对应的设定补偿信息。根据多组测试数据拟合出预设补偿曲线。每组测试数据包括温度以及与温度对应的设定补偿信息。

补偿控制模块在采样时刻获取到晶振的环境温度后，根据当前采样时刻下晶振的环境温度与预设补偿曲线确定当前采样时刻下晶振的环境温度对应的设定补偿信息，此设定补偿信息即为目标补偿信息。秒脉冲生成模块3根据目标补偿信息调整输出的秒脉冲，以使当前温度下输出的秒脉冲接近于标准时钟源产生的秒时钟，进而完成对实时时钟的温度补偿。在根据当前采样时刻下晶振的环境温度与预设补偿曲线确定当前采样时刻下晶振的环境温度对应的设定补偿信息时，如果当前采样时刻下晶振的环境温度不等于形成预设补偿曲线时多组测试数据中的温度，则根据插值方式计算出当前采样时刻下晶振的环境温度对应的目标补偿信息。

本发明实施例提供的实时时钟补偿电路包括温度检测模块、补偿控制模块和秒脉冲生成模块，温度检测模块与补偿控制模块连接，补偿控制模块与秒脉冲生成模块连接，补偿控制模块根据实时获取的晶振的环境温度与预设补偿曲线确定出当前时刻下的温度所对应的目标补偿信息，并根据目标补偿信息控制秒脉冲生成模块输出根据温度调整后的秒脉冲，进而实现对温度的补偿，保证实时时钟可以在宽温环境下运行，提高实时时钟输出的秒脉冲的精度。

继续参考图1，可选的，秒脉冲生成模块3包括振荡电路31和计数单元32；

振荡电路31与晶振连接，振荡电路31用于输出时钟信号；

计数单元32与振荡电路31连接，计数单元32用于根据时钟信号生成秒脉冲；

补偿控制模块与振荡电路31，和/或，与计数单元32连接。

可选的，计数单元32可以为分频计数器，分频计数器的位数为24位，以提高生成的秒脉冲的精度。

继续参考图1，可选的，补偿控制模块包括电压补偿控制单元21，目标补偿信息包括目标电压，预设补偿曲线包括第一曲线，设定补偿信息为输入至振荡电路31中的电压，第一曲线为晶振的环境温度与输入至振荡电路31中的电压的关系曲线；

电压补偿控制单元21与振荡电路31连接，电压补偿控制单元21用于根据第一曲线和获取的晶振的环境温度确定目标电压；

振荡电路31用于根据目标电压调整输入至计数单元32中的时钟信号的频率；

计数单元32用于根据振荡电路输出的时钟信号输出秒脉冲。

振荡电路31包括变容二极管，当输入至振荡电路31中的电压变化时，变容二极管的电容值发生变化，进而使得振荡电路31输出的时钟信号的频率发生变化。形成第一曲线时，可在-40℃-85℃，每隔2℃，测试计数单元32输出的秒脉冲与标准时钟源输出的秒时钟之间的时钟误差，并针对时钟误差计算、更改输入至振荡电路31中的电压值，直至计数单元32输出的秒脉冲与标准时钟源输出的秒时钟之间的误差小于0.1ppm，记录下此时的温度对应的输入至振荡电路31中的电压。根据多组测试数据拟合出第一曲线，每组测试数据包括温度以及与温度对应的电压。电压补偿控制单元21在采样时刻获取晶振的环境温度后，根据第一曲线确定出当前采样时刻下晶振的环境温度对应的输入至振荡电路31中的电压值，并将此电压值输入至振荡电路31中以改变变容二极管的电容值，进而调整振荡电路31输出的时钟信号的频率，以最终调整计数单元32输出的秒脉冲，使其接近标准时钟源输出的秒时钟，完成对时钟电路的温度补偿。本实施例中采用电压补偿的方式实现对实时时钟的温度补偿，补偿更为迅速、高效。

形成第一曲线时的温度以及温度对应的输入至振荡电路31中的电压均为数字量，因此电压补偿控制单元21集成有数模转换器以将根据第一曲线确定的数字量的电压转换成模拟电压。或者，电压补偿控制单元21包括数模转换子单元211和电压生成子单元212；

电压生成子单元212和温度检测模块1连接，电压生成子单元212用于根据获取的晶振的环境温度和第一曲线确定数字量的电压；

数模转换子单元211分别与电压生成子单元212和振荡电路31连接，数模转换子单元211用于将电压生成子单元212输出的数字量的电压转换为模拟量的目标电压。

数模转换子单元211可以为数字模拟转换器(Digital Audio Compress，DAC)，用于将数字信号转换为模拟电压。DAC的分辨率为12bit，DAC的供电电源具备开关功能，可以在不使用的视口关闭DAC，节省功耗。DAC输出的模拟电压可以调节振荡电路31中变容二极管的容值，进而调整振荡电路31输出的时钟信号的频率，时钟信号的频率的调整范围为振荡电路31输出的时钟信号的标准频率±100ppm。

除用电压方式对振荡电路的电压进行补偿外，还可用数字方式对计数单元进行补偿，具体的，图2为本发明实施例提供的另一种实时时钟补偿电路的结构示意图，参考图2，可选的，补偿控制模块包括数字补偿控制单元22，目标补偿信息包括计数信息，设定补偿信息包括对振荡电路31输出的时钟信号在单位时间内的时钟周期的计数值的补偿值，补偿曲线包括第二曲线，第二曲线为晶振的环境温度与补偿值的关系曲线；

数字补偿控制单元22与温度检测模块1连接，用于根据获取的晶振的环境温度和第二曲线，确定计数信息；

数字补偿控制单元22与计数单元32连接，数字补偿控制单元22用于根据计数信息控制计数单元32调整对振荡电路31在单位时间内的时钟周期的计数值以生成秒脉冲。

计数单元32用于统计振荡电路31产生的32.768KHz时钟信号的时钟周期，并据此产生秒脉冲。在温度影响振荡电路31输出的时钟信号的频率时，计数单元32对时钟信号的计数值发生变化进而导致秒脉冲发生变化。本实施中通过计数单元32对振荡电路31输出的时钟信号的时钟周期的计数值进行补偿。可选的，计数信息包括计数方向和计数值的补偿绝对值，补偿绝对值为大于0的整数。具体的，生成第二曲线时，可在-40℃-85℃，每隔2℃，测试计数单元32输出的秒脉冲与标准时钟源输出的秒时钟之间的时钟误差，并针对时钟误差计算、更改输入至计数单元32中的计数值，直至计数单元32输出的秒脉冲与标准时钟源输出的秒时钟之间的误差小于0.1ppm，记录下此时的温度对应的时钟周期的计数值的补偿值，其中补偿值可为正数，也可为负数，正数表征将计数单元32中的计数值增大，负数表征将计数单元32中的计数值减小。根据多组测试数据拟合出第二曲线，每组测试数据包括温度以及与温度对应的计数值的补偿值。数字补偿控制单元22在当前采样时刻获取晶振的环境温度后，根据第二曲线确定出当前采样时刻下晶振的环境温度对应的计数值的补偿值，并根据此补偿值调整计数单元32中计数的方向和计数值，以最终调整计数单元32输出的秒脉冲，使其接近标准时钟源输出的秒时钟，完成对时钟电路的温度补偿。

继续参考图2，可选的，数字补偿控制单元22包括计数信息生成子单元221和寄存器222；

计数信息生成子单元221和温度检测模块1连接，用于根据获取的晶振的环境温度和第二曲线，确定晶振的环境温度对应的单位时间内的时钟周期的计数值的补偿值；

寄存器222分别与计数信息生成子单元221和计数单元32连接，寄存器222用于根据计数值的补偿值生成计数方向和计数值的补偿绝对值，并根据计数方向和计数值的补偿绝对值控制计数单元32调整对振荡电路31输出的时钟信号在单位时间内的时钟周期的计数值。

计数信息生成子单元221用于根据当前采样时刻下采样的晶振的环境温度和第二曲线，确定当前采样时刻下采样的晶振的环境温度对应的时钟信号的时钟周期的计数值的补偿值。寄存器222根据计数值的补偿值确定计数方向和计数值的补偿绝对值，以控制计数单元32调整单位时间内对时钟信号的时钟周期的计数方向和计数值。示例性的，当前采样时刻下，确定出的计数值的补偿值为2时，寄存器222确定的计数方向为正向，计数值的补偿绝对值为2，则寄存器222控制计数单元32将当前计数单元中的计数值增加2。如果确定出的计数值的补偿值为-2时，寄存器222确定的计数方向为反向，计数值的补偿绝对值为2，则寄存器222控制计数单元32将当前计数单元中的计数值减小2。计数单元32中对时钟信号在单位时间内的时钟周期的计数值调整后，输出的秒脉冲更为接近标准时钟源的秒时钟，实现对实时时钟的温度补偿。本实施例中采用数字补偿方式对计数单元的计数值进行补偿补偿精度更高。

图3为本发明实施例提供的又一种实时时钟补偿电路的结构示意图，参考图3，可选的，实时时钟补偿电路可同时包括对振荡电路的补偿和对计数单元32的补偿，也即，补偿控制模块包括电压补偿控制单元21和数字补偿控制单元22，电压补偿控制单元21分别与温度检测模块1和振荡电路31连接，数字补偿控制单元22分别与温度检测模块1和计数单元32连接。实时时钟补偿电路同时对输入至振荡电路31中的电压以及计数单元32中的计数值进行补偿。

本发明实施例还提供了一种万年历，包括时钟日历计数器和上述的实时温度补偿电路，实时时钟补偿电路与时钟日历计数器连接。

时钟日历计数器用于根据实时时钟补偿电路输出的秒脉冲产生秒、分、时、日、周、月、年等时间信息，采用标准的BCD时间格式，实现完整的万年历功能。用户可以通过寄存器进行时间信息的设置与读取、实时时钟功能的使能与停止、闹钟功能的设置等。万年历具备的有益效果与实时时钟补偿电路具备的有益效果相同，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种实时时钟补偿电路的补偿控制方法，采用上述的实时时钟补偿电路执行，图4为本发明实施例提供的一种实时时钟补偿电路的补偿控制方法的流程图，参考图4，该实时时钟补偿电路的补偿控制方法，包括：

S10：温度检测模块获取晶振的环境温度。

S20：补偿控制模块根据获取的晶振的环境温度和预设补偿曲线确定目标补偿信息，预设补偿曲线为晶振的环境温度与设定补偿信息的关系曲线；

S30：秒脉冲生成模块根据目标补偿信息输出秒脉冲。

实时时钟补偿电路的补偿控制方法具备的有益效果与实时时钟补偿电路具备的有益效果相同，在此不再赘述。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。